鼓泡流化床不规则形状颗粒气固两相流动特性研究

发布时间：2017-01-03 18:11

本文关键词：鼓泡流化床不规则形状颗粒气固两相流动特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

《哈尔滨工业大学》 2014年

鼓泡流化床不规则形状颗粒气固两相流动特性研究

闫盛楠

【摘要】：流化床在石油、化工、能源、环保、制药、食品加工等领域应用十分广泛。鼓泡流化床作为流化床经典床型的一种，无论是实际应用还是理论研究，都是相关人员一直关注的热点。在实际应用中，鼓泡流化床内的颗粒通常为不规则形状的颗粒。相比较规则形状的颗粒，不规则形状颗粒会对鼓泡流化床内的气固流动特性造成一定的影响。本文应用模拟和实验的两种方法，研究了椭球形玻璃珠、不规则近球形黑小米、黄小米和椭球形高粱米颗粒在鼓泡流化床内的气固两相流动特性。在数值模拟中，采用了欧拉-欧拉双流体模型。其中，固相应力本构方程采用颗粒动理学理论进行封闭。曳力模型选择的是Gidaspow模型，来研究气固两相间的动量交换。研究了在不同入口表观气速、不同弹性恢复系数以及不同壁面反射系数等工况下，玻璃珠和黑小米颗粒在床内的气固流动特性，包括浓度分布、速度分布以及颗粒温度分布。在实验中，采用PIV（ParticleImage Velocimetry）测速技术，，测量了黑小米、黄小米和高粱米颗粒在鼓泡流化床内的速度分布情况。对玻璃珠颗粒在鼓泡流化床内气固流动特性的数值模拟结果表明，在不同入口表观气速下，床内的空隙率分布、浓度分布、速度分布和颗粒温度分布有明显的差异。随着入口表观气速的增加，床内颗粒运动越来越剧烈，气泡尺寸逐渐变大。在床层底部，颗粒主要呈上升运动，而在顶部以及鼓泡床的两侧边壁，颗粒总体上呈现向下的运动，形成了鼓泡流化床内颗粒的循环运动。床层上部的颗粒温度相对床层中部和底部的颗粒温度较大一些,在左右壁面处的颗粒温度较床层内部的颗粒温度大一些。高弹性恢复系数下，颗粒相浓度较高，轴向速度也较大。在床层底部和中部，颗粒相浓度随着壁面反射系数增大而增加，在床层顶部，则刚好相反。对于黑小米颗粒，随着入口表观气速的增加，床内颗粒运动越来越剧烈，床层膨胀逐渐增大，气泡尺寸逐渐变大，并且变得越来越狭长。床层上部的颗粒温度相对床层中部和底部的颗粒温度较大一些,在左右壁面处的颗粒温度较床层内部的颗粒温度大一些。对黑小米、黄小米和高粱米颗粒在鼓泡流化床内气固两相流的实验研究表明，PIV测速技术能够应用于稠密气固两相流动中固相速度场的测量。实验测量结果表明随着表观气速的增大，黑小米颗粒鼓泡流化床床层表面膨胀逐渐变大，气固两相相互作用逐渐增强，气泡形状变得不规则。随着初始床层高度的增加，鼓泡流化床流体动力特性受到影响。不同尺度的颗粒鼓泡流化床内流体动力特性具有较明显的区别，黑小米颗粒最易流化，高粱米颗粒不易流化，黑小米颗粒鼓泡流化床呈现典型鼓泡流态化特征。同时将黑小米颗粒的实验结果与模拟结果进行了对比分析，符合较好。

【关键词】：
【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】：2014
【分类号】：TQ051.13
【目录】：

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