高密度循环流化床提升管内气固流动特性的数值模拟

发布时间：2017-07-02 08:16

  本文关键词：高密度循环流化床提升管内气固流动特性的数值模拟，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：循环流化床以其气固接触效率高和生产能力大等优点被广泛地应用于能源、化工以及制药等工业过程。近年来,高密度循环流化床得到人们的重视,除了传统的催化裂化以及顺酐合成等工业过程,高密度循环流化床在煤／生物质气化以及化学链燃烧等过程也得到了应用。高密度循环流化床提升管内存在着复杂的气固流动结构,并对传热传质及化学反应过程产生影响,因此有必要对高密度提升管内的气固流动特性进行研究。本文采用数值模拟的方法,对高密度循环流化床提升管内的气固流动特性进行了分析。基于双欧拉模型,建立了提升管内气固两相流动的数学模型；并采用湍流模型和颗粒动理学理论对动量方程封闭。研究表明,曳力是气固相间主要的作用力,对提升管内气固两相流动起决定作用,而传统曳力模型计算的曳力偏大。基于提升管内气固两相流动过程中的颗粒团介尺度结构,分别建立了分段曳力模型(step-section model)和能量最小多尺度(EMMS)模型；结果表明：采用分段曳力模型模拟的结果与实验的结果相吻合。结合关于高密度提升管气固流动实验研究,对上述模型的相关参数：如网格尺寸、粘性模型、边界滑移条件、颗粒间碰撞系数以及颗粒的最大填充系数进行了考察。研究结果表明：网格尺寸为0.2mm,粘性模型使用湍流模型,边界滑移系数为0.1,颗粒间碰撞系数为0.9以及颗粒最大填充系数为0.63时模拟的结果比较好。在模型验证的基础上,对高密度操作条件下提升管内气固流动特性进行了模拟研究。结果表明：提升管内轴向固含率呈典型的指数分布；径向上,符合边壁浓中心稀的“环-核”结构。随着循环量的增加,提升管轴向固含率整体增大,但底部区域受循环量的影响较为明显；径向上,固含率有所增大,但边壁区增幅明显。随着表观气速的增加,提升管内轴向固含率整体趋于减小且底部区域变化更为明显,即操作条件改变对底部加速段的影响更大；径向上,边壁处的流动状态得到改善,其固含率降幅较大。
【关键词】：高密度循环流化床 提升管 气固流动特性 数值模拟 曳力模型
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ051.13
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-19
• 1.1 前言12-13
• 1.2 高密度循环流化床研究进展13-15
• 1.2.1 高密度循环流化床13-14
• 1.2.2 高密度循环流化床流动特性14-15
• 1.3 高密度提升管内气固数值模拟研究进展15-18
• 1.3.1 多相流模型15
• 1.3.2 湍流模型15-16
• 1.3.3 颗粒相封闭模型16
• 1.3.4 曳力模型16-18
• 1.4 本文研究的主要内容18-19
• 第2章 提升管内气固流动数学模型19-35
• 2.1 控制方程19-20
• 2.2 湍流模型20-22
• 2.3 颗粒动理学22-24
• 2.4 气固相间曳力模型24-33
• 2.4.1 曳力系数模型24-25
• 2.4.2 能量最小多尺度模型25-30
• 2.4.3 分段曳力模型30-33
• 2.5 本章小结33-35
• 第3章 模型研究与验证35-47
• 3.1 模拟对象35-36
• 3.2 网格划分36-37
• 3.3 参数设置37-39
• 3.3.1 物性参数37
• 3.3.2 求解器设置37
• 3.3.3 边界条件37-38
• 3.3.4 初始条件38-39
• 3.4 模型研究39-45
• 3.4.1 网格尺寸39-40
• 3.4.2 曳力模型40-42
• 3.4.3 粘性模型42-43
• 3.4.4 颗粒滑移边界43-44
• 3.4.5 碰撞回归系数44-45
• 3.4.6 颗粒填充极限45
• 3.5 本章小结45-47
• 第4章 模拟结果及分析47-60
• 4.1 提升管内石英砂颗粒流动状态47-48
• 4.2 轴向固含率分布48-53
• 4.2.1 循环量Gs的影响48-50
• 4.2.2 表观气速Ug的影响50-53
• 4.3 径向固含率分布53-58
• 4.3.1 循环量Gs的影响53-55
• 4.3.2 表观气速Ug的影响55-57
• 4.3.3 不同轴向高度的分布57-58
• 4.4 本章小结58-60
• 第5章 结论与展望60-62
• 5.1 结论60-61
• 5.2 展望61-62
• 参考文献62-65
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果65-66
• 致谢66

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