鼓泡-喷动流化床生物质气化反应器中气固流动、传热及气化特性数值模拟研究

发布时间：2021-02-01 01:23

　　鼓泡-喷动流化床反应器具有气固相间接触效率高、热质传递速率快、适用于粗颗粒流化等特点,在固体燃料气化领域具有广泛的应用,极具发展潜力。反应器内气固流动、热质传递和气化反应三者间的高度耦合,给传统实验检测带来巨大的挑战。因此,越来越多学者采用数值模拟的方法来研究并揭示气固流动、传热及反应三者间的相互作用规律。本文采用欧拉-拉格朗日和欧拉-欧拉数值模拟方法,系统探究反应器设计参数（流化气进口开度）和操作参数（喷动气速、流化气速、颗粒密度-粒径、轻质颗粒质量分率及细颗粒质量分率）对鼓泡-喷动流化床生物质气化过程中气固流动、传热及气化反应特性的影响,主要研究工作总结为以下三个方面:1. 采用CFD-DEM（Computational Fluid Dynamics-Discrete Element Method）方法,系统考察了操作参数对鼓泡-喷动流化床反应器气固流动时均特性,周期特性及混合特性的影响。研究结果表明:（1）随着喷动气速的增加,颗粒循环速率显著提高;随着流化气速的增加,环隙区颗粒床层整体的流动性增强,而随着颗粒密度或颗粒粒径的增加,环隙区颗粒床层整体的流动性降低;同时,适当增加小而... 

【文章来源】：湘潭大学湖南省

【文章页数】：124 页

【学位级别】：硕士

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论文研究技术路线图

第2章数值模型及分析方法13,,(2-25)式(2-25)中，为修正因子，用于修正粒径分散程度对曳力影响；且,计算采用的式(2-22)中，颗粒粒径替换为。由下式计算：0.064(2-26)由下式计算：∑,∑,(2-27)其中，为粒径比率，且,。2.1.3.2颗粒碰撞模型气固流化体系内颗粒的存在一方面阻碍流体的运动区域，另一方面使得颗粒-颗粒或颗粒-壁面之间发生碰撞。颗粒间的相互作用对整个流化体系固相运动特性影响较大，使得整个流化体系固相运动特性表现为碰撞接触为主导的流动特征。因此，颗粒碰撞行为的精确捕捉是密相流化体系CFD-DEM耦合模拟计算成功的关键。考虑到实际密相流化设备内颗粒间的碰撞十分频繁，且颗粒间多进行多体碰撞，本文CFD-DEM采用软球碰撞模型，该模型一般采用弹簧阻尼系统模拟颗粒动态接触碰撞过程，如图2-1所示。图2-1软球颗粒碰撞模型示意图Figure2-1Schematicofsoft-spherecollisionmodel.

湘潭大学硕士学位论文16过Ranz-Marshall[71]或Gun[72]模型关联计算。Gun模型更适合颗粒流，且该模型的适用于条件为：孔隙（0.35）且及雷诺数小于10。Li和Mason[73]的瞬态热传递研究表明Ranz模型适合于颗粒雷诺数小于200的情况。因此他们提出了颗粒雷诺数在不同情况下的努塞特数表达式：20.6// 200 20.50.02. 200150024.5. 1500(2-42)式(2-42)中，为对流传热指数，一般取3.5。Gun模型中努塞特数的计算公式如下：710510.7.1.332.41.2.(2-43)式(2-43)中，计算公式以由式(2-21)给出，为普朗特数，其计算式如下：,(2-44)本文采用在CFD-DEM中最为广泛应用的Li和Mason模型。(2)颗粒-颗粒导热模型一般而言，颗粒-颗粒在气固流化床中可以忽略不计，但对于鼓泡-喷动流化床环隙区的颗粒速度小，颗粒体积分率大，颗粒间碰撞较为剧烈且频繁，因此需要考虑颗粒间碰撞接触导热。图2-2颗粒-颗粒接触导热示意图Figure2-2Schematicofcontactheatconductionbetweenparticles.本文颗粒-颗粒间接触导热模型采用最为广泛的Batchelor和O’Brien模型[74]计算(如图2-2所示)：


本文编号：3011936