布风结构对喷动流化床两相流流动特性的影响研究

发布时间：2017-09-11 10:44

  本文关键词：布风结构对喷动流化床两相流流动特性的影响研究

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【摘要】：喷动流化床是由喷动床改进的新型炉型,既有流化床死区少的特点,也有喷动床流化特性好的特点,比常规喷动床有更好的可调性和适应性,在工业上已得到广泛应用。到目前为止人们对喷动流化床的流体流动特性还缺乏系统的研究,在工程实践中大部分情况下只能根据经验来进行设备的结构选型和参数优化,所以对喷动流化床内流动特性进行数值模拟和结构优化显得十分必要。喷动流化床的布风板结构及布风方式对床内流态有重要影响,不合适的布风板结构及布风方式会造成流体在床内的不稳定流动,从而造成固体颗粒在床内分布不均匀,影响固体颗粒的流化效率。因此,研究布风板结构和布风方式对流化床流动形态的影响具有非常重要的意义。本文首先对小型的喷动流化床实验装置进行了数值模拟计算,比较了不同曳力模型和湍流模型的数值模拟结果,并与实验数据进行了对比,筛选了较准确的曳力模型和湍流模型。然后采用该模型对大型喷动流化床进行了数值模拟计算,分析了布风板夹角、喷动风速、流化风速和流化风进气方向对流动特性的影响。主要研究内容和取得的成果如下:(1)基于欧拉-欧拉双流体理论建立了喷动流化床数值模型,分别采用三种曳力模型(Gidaspow、Syamlal-O’Brien和Wen-Yu)和三种湍流模型(标准k-ε、RNGk-ε、Realizablek-ε)进行气固两相流的模拟分析,发现采用Gidaspow曳力模型和标准k-ε湍流模型得到的结果与实验数据吻合较好。(2)分别对布风板夹角为60°、75°、90°、105°的喷动流化床进行了数值计算,发现布风板夹角越小,环隙区空隙率越大,越不容易形成死区,但随着布风板夹角减小,射流直径减小,气固循环效率逐渐降低,且床层压降增大。综合考虑颗粒浓度分布均匀性和床层压降,布风板夹角应在75°和90°之间。(3)研究了喷动风速对喷动流化床流动特性的影响。随着喷动风速的增大,射流直径增大,射流穿透能力增强,喷泉高度增高,气固混合能力增强。但过大的喷动风速,会引起床内颗粒扬析。因此对于本文研究的喷动流化床,喷动风速控制在30m/s-35m/s之间为宜。(4)研究了流化风速对喷动流化床流动特性的影响。随着流化风速增大,环隙区颗粒浓度减小,中心射流能力增强,气固循环效果增强。但过大的流化风速,会在环隙区形成较大的气泡,降低床层的稳定性。对于本文的喷动流化床,流化风速应控制在10m/s左右。(5)研究了轴向、径向和法向三种流化风进气方向对喷动流化床流动特性的影响。发现流化风进气方向为径向和轴向时,环隙区颗粒浓度较高,易形成死区,且环隙区和喷动区混合能力较差。当进气方向为法向时,环隙区死区情况得到很大改善,气固混合效果较好。
【关键词】：喷动流化床 布风板 曳力模型 喷动速度 流化速度
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ051.13
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 课题的研究背景及意义11
• 1.2 国内外研究现状11-18
• 1.2.1 实验研究现状12-13
• 1.2.2 数值模拟研究现状13-18
• 1.3 本文研究内容18-19
• 1.4 本章小结19-21
• 第2章 喷动流化床气固两相流模型的选择21-37
• 2.1 引言21
• 2.2 模型的建立21-27
• 2.2.1 理论模型22-25
• 2.2.2 边界条件和初始参数25-27
• 2.3 喷动流化床两相流的数值模拟27-36
• 2.3.1 模拟方法27-30
• 2.3.2 曳力模型比较30-33
• 2.3.3 湍流模型比较33-36
• 2.4 本章小结36-37
• 第3章 布风板结构对喷动流化床流动特性的影响37-47
• 3.1 引言37
• 3.2 物理模型的建立37-39
• 3.3 不同布风板角度的数值模拟39-46
• 3.3.1 不同夹角对固体颗粒体积分数分布的影响41-44
• 3.3.2 不同夹角对固体颗粒速度分布的影响44-46
• 3.3.3 不同夹角对床层压降影响46
• 3.4 本章小结46-47
• 第4章 布风方式对喷动流化床流动特性的影响47-65
• 4.1 引言47
• 4.2 喷动风速的改变对喷动流化床流动特性的影响47-52
• 4.2.1 喷动风速对固体颗粒体积分数的影响47-50
• 4.2.2 喷动风速对固体颗粒速度的影响50-52
• 4.2.3 喷动风速对床层压降的影响52
• 4.3 流化风速对喷动流化床流动特性的影响52-58
• 4.3.1 流化风速对固体颗粒体积分数的影响53-55
• 4.3.2 流化风速对固体颗粒速度的影响55-57
• 4.3.3 流化风速对床层压降的影响57-58
• 4.4 流化风进气方向对喷动流化床流动特性的影响58-63
• 4.4.1 流化风进气方向对固体颗粒体积分数的影响58-61
• 4.4.2 流化风进气方向对固体颗粒速度的影响61-62
• 4.4.3 流化风进气方向对床层压降的影响62-63
• 4.5 本章小结63-65
• 第5章 总结与展望65-67
• 5.1 结论65-66
• 5.2 创新点66
• 5.3 展望66-67
• 参考文献67-71
• 致谢71

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本文编号：830226