扭曲管内流态化粒子对壁面的磨蚀及碰撞动力学研究

发布时间：2017-08-19 21:17

  本文关键词：扭曲管内流态化粒子对壁面的磨蚀及碰撞动力学研究

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【摘要】：应用液固两相流技术是换热设备除防垢与强化传热的重要手段,应用换热扭曲管诱导流态化粒子是液固两相流技术的重要组成部分,粒子相对壁面污垢的去除与其碰撞磨蚀特性密切相关,粒子对管壁污垢的去除实际上就是粒子对管壁面的碰撞磨蚀作用,分析液固两相流的换热扭曲管内固相颗粒对壁面的磨蚀问题是有必要的,本文从粒子对壁面碰撞磨蚀的角度做了以下工作:采用Fluent软件对扭曲管内流态化粒子于壁面的碰撞磨蚀进行模拟,作五因素(流体流速、扭曲管椭圆度、扭曲管导程、粒子粒径、粒子浓度)、二水平操作参数的正交分析,获得不同操作参数下扭曲管内流态化粒子对管壁的平均磨蚀率以及对平均磨蚀率大小影响的主次因素。针对扭曲管内螺旋流诱导的流态化粒子对其管壁碰撞磨蚀的面磨蚀不均匀性,对五因素二水平的操作参数进行优化以获得流态化粒子对管壁面磨蚀均匀性较好的操作参数,以避免粒子相除垢盲区。模拟结果表明:在给定的操作参数范围内有两组操作参数(I、II)使得粒子对壁面的面磨蚀均匀性较好,其平均磨蚀率不低,优化的面磨蚀均匀性较好的两组操作参数其粒子于扭曲管迎流面、背流面的磨蚀率差值缩小,但不可避免的是粒子对扭曲管入口直管段以及过渡段的碰撞磨蚀率很小。通过EDEM与Fluent耦合方法对扭曲管内流态化粒子的运动进行数值模拟,获得与粒子碰撞相关的动力学参数,从细观尺度上获得扭曲管内流态化粒子对壁面的平均磨蚀率以及面磨蚀均匀性的力学解释,粒子对壁面的碰撞力大从而平均磨蚀率大,粒子对壁面的碰撞概率高从而面磨蚀均匀性好。通过建立流化床实验平台对结垢性物料氯化铵进行螺旋流态化的传热实验,实测螺旋流态化对氯化铵结晶垢的磨蚀去除能力。结果表明:添加流态化瓷球颗粒能起到在线除防垢与强化传热的效果,计算得到2mm球颗粒对管壁氯化铵结晶垢的磨蚀去除能力为0.152mm,5mm球颗粒对管壁氯化铵结晶垢的磨蚀去除能力为0.550mm。
【关键词】：扭曲管 液固两相流 磨蚀 离散元
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK172
【目录】：

• 摘要4-5
• abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 管内液固两相流技术研究现状10-15
• 1.2.1 液固两相流换热设备10-13
• 1.2.2 液固两相流除防垢13-14
• 1.2.3 旋液流态化14-15
• 1.3 DEM-CFD耦合研究进展15-16
• 1.4 主要研究内容16-17
• 第2章 液固两相流及离散元理论17-28
• 2.1 液固两相流理论17-21
• 2.1.1 理论概述17-18
• 2.1.2 主要研究方法18
• 2.1.3 控制方程18-21
• 2.2 离散元理论21-28
• 2.2.1 理论概述21-24
• 2.2.2 颗粒离散元控制方程24-28
• 第3章 扭曲管内流态化粒子对壁面的磨蚀模拟28-49
• 3.1 模型建立28-29
• 3.1.1 扭曲管模型28-29
• 3.1.2 颗粒模型29
• 3.2 颗粒沉降速度的计算29-31
• 3.3 流场与磨蚀数值模拟31-47
• 3.3.1 模拟假设及网格划分31-32
• 3.3.2 初始条件和边界条件32-34
• 3.3.3 扭曲管内流场分析34-36
• 3.3.4 不同操作参数对壁面磨蚀率的正交分析36-38
• 3.3.5 粒子对壁面的面磨蚀均匀性优化38-45
• 3.3.6 迎流面与背流面磨蚀率分析45-46
• 3.3.7 不同操作参数对流体压降的影响46-47
• 3.4 本章小结47-49
• 第4章 扭曲管内旋液流态化的CFD-DEM耦合模拟49-58
• 4.1 模拟参数设置49
• 4.2 扭曲管内流态化粒子的动力学特性49-52
• 4.3 扭曲管内流态化粒子的细观参数分析52-57
• 4.3.1 粒子对壁面的碰撞概率52-55
• 4.3.2 粒子对壁面的碰撞力55-57
• 4.4 本章小结57-58
• 第五章 扭曲管内螺旋流态化实验研究58-66
• 5.1 实验材料58
• 5.2 实验装置和实验流程58-61
• 5.2.1 实验装置58-60
• 5.2.2 实验流程60-61
• 5.3 数据处理方法61-62
• 5.4 强化传热与磨蚀除防垢能力分析62-65
• 5.5 本章小结65-66
• 第六章 总结与展望66-68
• 6.1 总结66-67
• 6.2 展望67-68
• 参考文献68-71
• 致谢71-72
• 附录 攻读硕士学位期间研究成果72

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

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本文编号：703024