内置水平管鼓泡流化床气固两相流动特性的研究

发布时间：2018-08-07 19:13

【摘要】：鼓泡流化床已广泛应用于化工及能源等领域,它们的特点是有更高的传热能力和良好的混合。但是另一方面,由于缺乏全面的了解,在这些系统中所涉及的复杂流体动力学使得它们的设计非常困难,设备规模有限。在许多应用中,水平管的插入是增强传热速率,化学转化处理,和固体的流通与分配。但是这些水平管使流化床中的流体动力学更加复杂。而且水平管同样受到颗粒的不断冲刷,受到磨损,因此研究水平管对流化床内的流体力学的影响对于此类反应器的设计和应用至关重要。本文采用流体力学模拟软件FLIUENT 6.3,对内置水平管流化床内气固两相流体力学特性进行了系统的模拟研究,并通过与实验结果进行对比,检验数值模拟的合理性。首先,采用实验和数值模拟相结合,考察了无管流化床和内置水平管流化床里的时均空隙率与膨胀率变化。研究结果表明,内置水平管流化床在管排区域的时均空隙率径向分布较为均匀,而无管流化床的平均空隙率在径向分布上是中心附近高,边壁附近低。相同表观气速下,有管的流化床中的平均空隙率大于无管流化床的,但是随着表观气速的增大,两者的膨胀率有逐渐接近的趋势。其次,通过数值模拟研究了不同水平管直径、不同管排角度、不同管排数对流化床内湍动能、速度矢量以及压力脉动值等参数的影响,确定本次研究最佳的水平管分布。研究结果表明,水平管直径过大影响返混,过小容易引起气穴现象；管排角度能够影响固体颗粒分布和气泡尺寸；管排的数量能够影响床内气泡的上升频率和气泡大小。最后,采用光导纤维系统考察了加压内置管流化床内的气泡特性。结果发现：在管排区域处在不同压力下气泡尺寸、上升速度及气泡频率的径向分布都较为均匀；前两者的轴向分布在管排区域处波动,在管排区域上部气泡尺寸逐渐增加,而气泡频率在管排区域及下部基本不变,在管排区域上部的气泡频率降低；气泡尺寸随着操作压力的增大,先增大后减小,随着表观气速的增加而增加；气泡上升速度和频率随着操作压力和表观气速的增大而增大,而高压对气泡尺寸和上升速度的作用减弱。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ051.13

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本文编号：2171077