鼓泡流化床气固两相流颗粒行为数值模拟研究

发布时间：2017-05-09 15:00

  本文关键词：鼓泡流化床气固两相流颗粒行为数值模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：流化床系统是利用固体流态化技术，使颗粒悬浮于流体介质中而改变颗粒之间的接触形式，使颗粒具有拟流体性质的工业设备。流化床最早出现于化工工业，随后引入能源行业，并引发了巨大的技术变革。鼓泡流化床是流化床设备中重要的一类，在能源、化工、冶金、制药和生物工程等行业内具有广泛的应用，对鼓泡流化床运行机理的探索一直是研究的热点。 经过近几十年的发展，鼓泡流化床内气固两相流动的研究已经取得了初步的成果，并得到了流场结构及部分颗粒动力学特性，奠定了一定的理论基础。随着研究的深入，更多的问题呈现了出来，比如对颗粒小尺度上的动力学特性的研究及相关模型参数的影响等。本文针对以上问题进行了相关的模拟研究，主要分析了颗粒的动力学特性。 本文依据欧拉-拉格朗日模型的基本原理，建立了气固两相流动的计算模型，气相采用连续模型，直接求解体积平均的纳维-斯托克斯方程，并加入大涡模拟方法，对Smagorinsky亚格子模型中的Smagorinsky常量进行了改进，采用函数形式的Smagorinsky常量；固相采用离散颗粒硬球模型，并研究了单组份和双组份固相在鼓泡流化床内的不同颗粒行为。对颗粒平移和旋转动力学特性进行了分析，着重研究了颗粒的平移和旋转速度脉动情况，考察了入口空气速度、床层高度、双组份固相份额和不同弹性恢复系数等参数对颗粒动力学特性的影响。 对单组份固相的鼓泡流化床气固两相流动的模拟结果显示，采用欧拉-拉格朗日法的离散颗粒模型（DPM）模拟并选用Beetstra曳力模型和0.97的法向弹性恢复系数的模拟结果与Müller等人的实验结果符合较好，而不同的模型参数对颗粒的动力学特性具有不同的影响：曳力模型主要影响颗粒的宏观运动特性，表观气速全面影响颗粒的运动特性，，而法向弹性恢复系数对颗粒运动特性虽然有较大影响，但规律性不强。 对双组份固相的鼓泡流化床气固两相流动的模拟结果表明，采用欧拉-拉格朗日法进行模拟，固相应用离散颗粒硬球模型，气相采用大涡模拟方法，其中Smagorinsky亚格子模型应用了变化的Smagorinsky常量形式，其模拟结果与Lu等人的实验数据吻合良好。由于大小颗粒的存在，床内的颗粒碰撞较为复杂，其颗粒动力学特性的变化规律也更加复杂。颗粒的平移速度、气泡颗粒温度和颗粒平移温度等参数会随着床层高度的升高而增加，但对颗粒旋转特性的影响规律性不强。改变颗粒的固相组份对颗粒动力学特性规律影响不大，但影响大小。法向弹性恢复系数主要影响颗粒的小尺度速度脉动，即对颗粒平移温度和颗粒旋转温度有较大影响，而对颗粒速度和旋转速度的影响不大。
【关键词】：鼓泡床 DPM LES Smagorinsky常量 颗粒温度
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TK12
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 引言10-11
• 1.2 流态化简介11-13
• 1.3 气固两相流数值模拟方法13-15
• 1.4 鼓泡流化床简介15-18
• 1.4.1 鼓泡流化床基本结构17-18
• 1.4.2 鼓泡流化床其他工业应用18
• 1.5 数值模拟研究现状18-20
• 1.6 本文研究内容20-21
• 1.7 本章小结21-22
• 第2章 数学模型22-37
• 2.1 引言22-23
• 2.2 离散颗粒硬球模型23-31
• 2.2.1 碰撞模型23-27
• 2.2.2 碰撞关键参数27-29
• 2.2.3 碰撞顺序29-31
• 2.2.4 离散硬球模型总结31
• 2.3 气相模型31-33
• 2.3.1 控制方程31-32
• 2.3.2 本构方程32
• 2.3.3 大涡模拟方法32-33
• 2.4 曳力模型33-35
• 2.5 气泡颗粒温度与颗粒温度35-36
• 2.5.1 气泡颗粒温度35-36
• 2.5.2 颗粒温度36
• 2.6 本章小结36-37
• 第3章 单组份鼓泡流化床数值模拟37-51
• 3.1 引言37
• 3.2 模拟概况37-38
• 3.3 初始条件与边界条件38-39
• 3.3.1 初始条件38
• 3.3.2 边界条件38-39
• 3.4 模拟结果39-50
• 3.4.1 模型验证39-44
• 3.4.2 不同曳力模型的影响44-46
• 3.4.3 不同表观气速的影响46-48
• 3.4.4 不同法向弹性恢复系数的影响48-50
• 3.5 本章小结50-51
• 第4章 双组份鼓泡流化床数值模拟51-72
• 4.1 引言51
• 4.2 模拟概况51-52
• 4.3 初始条件与边界条件52-53
• 4.4 模拟结果53-71
• 4.4.1 模型验证53-57
• 4.4.2 颗粒平移速度57-59
• 4.4.3 颗粒平移特性59-67
• 4.4.4 颗粒旋转特性67-71
• 4.5 本章小结71-72
• 结论72-74
• 参考文献74-80
• 攻读学位期间发表的学术论文80-82
• 致谢82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

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本文编号：352683