喷动床内气固两相流流动与传热特性研究

发布时间：2017-08-15 04:01

  本文关键词：喷动床内气固两相流流动与传热特性研究

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【摘要】：喷动床因其具有良好的传热传质特性,在化工、能源、农业、医药等行业中得到广泛地应用,开展对喷动床内气固两相流流动与传热特性的研究,对定量设计及合理控制各种喷动床反应器具有重要意义。本文搭建了平底喷动床试验台,利用高速摄像机和PIV图像处理技术对喷动床内颗粒的流动特性进行了实验研究,得到了喷动床内颗粒的流化过程图,分析了床内气泡的演变过程、床内颗粒的流动过程,结果表明:气泡在床内经历了产生-变大-合并-破裂的过程,床内中心区域颗粒向上运动,沿壁面处颗粒向下运动,床层底部颗粒向中心处聚集,上部区域的颗粒向两侧运动,颗粒在床内形成环-核流动特性。对自行开发的CFD-DEM喷动床内气固两相流流动计算程序进行了完善,在此基础上,开发了对喷动床内传热特性的数值模拟程序。颗粒相采用软球模型,气相采用SIMPLER算法,气固两相间流动与传热的相互作用采用双向耦合。利用该程序对喷动床内气固两相流流动过程进行了数值模拟,得到了床内颗粒混合序列图、气固速度分布图、颗粒拟温度分布图,分析了床内颗粒速度场、气体速度场、颗粒混合机理、颗粒拟温度、床层膨胀高度等信息,结果表明:气固体两相速度分布趋于一致、颗粒在床内环-核流动、颗粒轴向混合质量优于径向混合、增大表观气体速度可以促进床内颗粒混合、增大颗粒拟温度、提升床层膨胀高度等。利用该程序在颗粒水平对喷动床内气固两相流传热特性进行了数值模拟,得到了颗粒传热序列图、气体温度分布图、颗粒温升曲线、传热系数变化图,分析了床内气固两相的温度分布、颗粒的温升曲线、各传热机理的传热系数,结果表明:喷动床具有良好的传热性能、颗粒温升速度先大后小、提高颗粒导热系数及表观气体速度可加强喷动床内传热效果,床温较低时辐射传热对颗粒传热贡献小。
【关键词】：喷动床 PIV CFD-DEM 两相流 流动特性 传热特性
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O359;TK124
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 选题背景及意义11-13
• 1.2 国内外研究现状13-17
• 1.2.1 喷动床内气固两相流流动国内外研究进展13-15
• 1.2.2 喷动床内气固两相流传热国内外研究进展15-17
• 1.3 本文主要工作17-18
• 第2章 气固两相流动与传热CFD-DEM数值模拟方法18-34
• 2.1 颗粒相的DEM方法及数学模型18-27
• 2.1.1 颗粒相的运动模型19-25
• 2.1.1.1 颗粒间碰撞的DEM软球模型19-22
• 2.1.1.2 流体对颗粒的曳力模型22-23
• 2.1.1.3 颗粒的碰撞搜索23-24
• 2.1.1.4 颗粒相的运动控制方程24-25
• 2.1.2 颗粒相的传热模型25-27
• 2.1.2.1 颗粒相的碰撞传热25-26
• 2.1.2.2 气体对颗粒的对流传热26
• 2.1.2.3 颗粒与床层之间的辐射传热26
• 2.1.2.4 颗粒相的能量控制方程26-27
• 2.2 气相的CFD方法及数学模型27-31
• 2.3 气固两相间的耦合31-33
• 2.3.1 床内空隙率的计算31
• 2.3.2 气固两相间的动量耦合31-32
• 2.3.3 气固两相间的能量耦合32
• 2.3.4 气固两相间的数据传递及程序流程32-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第3章 喷动床内气固两相流动特性实验研究和数值模拟34-49
• 3.1 喷动床内颗粒流动特性的实验研究34-39
• 3.1.1 喷动床冷态实验系统34-36
• 3.1.2 实验方法36
• 3.1.3 实验工况及结果分析36-39
• 3.2 喷动床内气固两相流动特性数值模拟39-47
• 3.2.1 模拟工况39-41
• 3.2.2 喷动床内流动特性41-47
• 3.2.2.1 床内颗粒混合过程41-43
• 3.2.2.2 床内气体速度分布43-44
• 3.2.2.3 床内颗粒速度分布44-46
• 3.2.2.4 床内颗粒的颗粒拟温度46-47
• 3.2.2.5 床层膨胀高度47
• 3.3 本章小结47-49
• 第4章 喷动床内气固传热特性数值模拟49-60
• 4.1 喷动床启动过程数值模拟49-54
• 4.1.1 模拟工况49-50
• 4.1.2 颗粒流动与传热过程序列图50-51
• 4.1.3 气体的温度分布51-52
• 4.1.4 床内颗粒平均温度随时间的变化图52-53
• 4.1.5 气固对流传热系数分布53-54
• 4.2 喷动床床内颗粒与床层传热数值模拟54-59
• 4.2.1 模拟工况54
• 4.2.2 颗粒流动与传热过程序列图54-55
• 4.2.3 颗粒的传热系数55-56
• 4.2.4 三种传热系数随时间变化图56-57
• 4.2.5 不同颗粒导热系数对传热的影响57-59
• 4.3 本章小结59-60
• 第5章 结论与展望60-62
• 5.1 结论60-61
• 5.2 展望61-62
• 参考文献62-66
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果66-67
• 致谢67

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本文编号：676129