振动流化床内部流动和传热特性数值模拟

发布时间：2017-06-04 13:18

  本文关键词：振动流化床内部流动和传热特性数值模拟，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：振动流化床已广泛应用于制糖,化工,食品,医药等工业领域。振动流化床是一种改型流化床,将指定要求的振动源施加于普通气固流化床上,从而改善床层流化质量,消除流化过程中混合不均匀、沟流等现象。随着科技的发展,计算流体力学方法(CFD)在数值模拟稠密气固两相流动中广泛应用,模拟结果可以较好的重现颗粒的实际流动特性。本文以Geldart B和D类粗颗粒二维振动流化床为研究对象,以双流体模型和颗粒动力学模型为基础,并采用C语言,自行编写振动网格和传热模型的UDF程序,对床层流场及颗粒对流传热进行数值模拟。讨论了不同参数对振动流化床流动和传热特性的影响。 在流动方面,对于单喷嘴流化床,分析了气泡的生成、长大和破裂的周期过程。发现振动虽然可以抑制气泡的生成,但是同时加快了气泡合并的频率。对于均匀进气流化床,研究振幅和振动频率对颗粒浓度、床层压降等的影响。数值模拟发现：振动作用使床层底部形成低颗粒浓度区域,振动沟壑的出现会产生大气泡；受振动影响,颗粒浓度沿轴向方向分为近布风板稀相、床中部密相和床层表而稀相过渡三个区域。这里受振动作用影响最大的是近布风板区域,该区域空隙率的变化频率等于布风板的振动频率；随着振动参数的增大,颗粒浓度、颗粒速度都趋于均匀；随布风板周期性振动,床层内气体压降也呈现周期振荡；通过对颗粒平均动能的研究,发现振动作用力对颗粒的影响,主要发生在0到1/8周期内。 在传热方面,对于这两种流化床,分别分析了各个操作参数对传热过程的影响。模拟结果发现：随着气速的增加,传热系数都先增大后减小；加入振动后,在低气速时,随振幅和频率的增加,传热系数呈先增大后减小的趋势；进一步升高气速,随振幅和频率的增加,传热系数呈下降趋势。
【关键词】：振动流化床 计算流体力学方法 数值模拟 流动特性 颗粒对流传热
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TQ021
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-25
• 1.1 流化床概述10-14
• 1.1.1 流化床概述10-12
• 1.1.2 颗粒的分类12-13
• 1.1.3 流化干燥技术13-14
• 1.2 振动流化床14-18
• 1.2.1 简介14-15
• 1.2.2 工作原理15-16
• 1.2.3 气固两相流动特性16-18
• 1.3 CFD在流态化领域的应用18-23
• 1.3.1 概述18-19
• 1.3.2 气固流化床两相流模型19-20
• 1.3.3 颗粒动力学模型20-21
• 1.3.4 传热模型21-23
• 1.4 本文研究的意义、目的和内容23-25
• 1.4.1 本课题的意义和目的23-24
• 1.4.2 本文研究的主要内容24-25
• 2 建立模型25-39
• 2.1 几何建模25-26
• 2.2 控制方程26-35
• 2.2.1 守恒方程26-27
• 2.2.2 颗粒动力学模型27-29
• 2.2.3 气固曳力模型29-31
• 2.2.4 气固传热模型31-32
• 2.2.5 有效导热系数模型32-35
• 2.3 边界条件35-38
• 2.3.1 初始边界条件的设定35-36
• 2.3.2 振动场的设定36-38
• 2.4 本章小结38-39
• 3 振动流化床气固两相流动特性模拟39-60
• 3.1 流化床内两相流动过程模拟流程40
• 3.2 单喷嘴鼓泡床流动特性40-46
• 3.2.1 普通流化床流动特性41-42
• 3.2.2 振动对气泡的影响42-44
• 3.2.3 振幅对颗粒运动的影响44-45
• 3.2.4 振动频率对颗粒运动的影响45-46
• 3.3 均匀进气流化床流动特性46-57
• 3.3.1 振动对流化床内流动的影响46-48
• 3.3.2 振动对颗粒浓度分布的影响48-52
• 3.3.3 振动对颗粒运动速度的影响52
• 3.3.4 振动对床层压降分布的影响52-55
• 3.3.5 振动对颗粒平均动能的影响55-57
• 3.4 振动流化床中溴化丁基胶的流动特性研究57-59
• 3.5 本章小结59-60
• 4 振动流化床气固两相传热特性模拟60-77
• 4.1 流化床传热机理60-62
• 4.1.1 气固传热60
• 4.1.2 颗粒对流传热60-61
• 4.1.3 流化床内传热模拟流程61-62
• 4.2 单喷嘴鼓泡床颗粒对流传热数值模拟62-69
• 4.2.1 气速对传热的影响66-67
• 4.2.2 振动对传热的影响67-69
• 4.3 均匀进气流化床传热数值模拟69-76
• 4.3.1 气固传热数值模拟69-70
• 4.3.2 颗粒对流传热数值模拟70-76
• 4.4 本章小结76-77
• 结论77-79
• 参考文献79-84
• 附录A1 UDF程序84-87
• 附录A2 符号说明87-89
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况89-90
• 致谢90-91

【参考文献】

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本文编号：421114