气固分选流化床中多组分颗粒分层与混合的数值模拟研究
发布时间：2022-01-06 23:55
煤炭资源是世界范围内重要的化石能源,是我国能源战略和能源安全的重要支撑。但是煤炭燃烧产生的环境污染已经严重限制了煤炭行业的可持续发展,所以洁净煤技术成为煤炭可持续发展的必然选择。流态化选煤技术作为洁净煤技术的重要手段,为干旱缺水和高海拔地区煤炭的清洁利用提供一条切实可行的途径。气固流化床颗粒组成复杂,有大小不同的气泡运动,导致煤炭分选过程调控困难。随着计算机计算能力提高,数值模拟已经成为研究流化床中气固相互作用的重要工具。本文针对煤炭颗粒在流化床中的分选过程建立数值计算模型,并从颗粒流动、气泡运动以及床层压降波动等揭示煤炭分选过程的多尺度控制机制。根据浓相气固分选流化床中多组分颗粒组成特点,采用OpenFOAM和DEM程序建立模拟多分散颗粒分层与混合的CFD-DEM计算模型。为了验证模型的准确性,采用多粒径曳力模型模拟颗粒的分层和混合过程,采集颗粒离析度数据与实验结果对比,验证CFD-DEM计算模型的准确性和可靠性,确定合适的多组分曳力模型。颗粒的粒度离析特性主要是不同颗粒受到曳力差异导致的。鉴于气固分选流化床中介质颗粒粒度较细,数目较多,采用粗粒化模型来减少计算量,提高计算效率。对介...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：145 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
018年不同国家煤炭消耗比例（左图）
研究路线图
图 2-1 不同国家学者开发的干法分选机模型：(1)加拿大[17]; (2)日本[18];(3)印度[19];(4)中国[20]。Figure 2-1 Schematic diagram of dry Separator developed by different countries: (1) Canada; (2)Japan; (3) India; (4) China这些干法分选试验床和工业化装置也是流态化干法分选机典型代表，试验研究和工业应用结果证明了流态化干法分选技术的可行性与巨大潜力，此外为了降低床层中气泡尺寸，便于调控，这些流化床的设计大部分采用了浅床型流化床。近年来，随着流态化理论和先进测量设备的引入，分选流化床的研究工作转变为更加细致的探索工作，很多工作基于实验测量或数值模拟方法，引入流态化理论的相关知识，确定分选过程的关键参数，发展分选模型来解释颗粒返混、床层流化不稳定现象。加拿大阿尔伯特大学 Azimi[21-24]等人采用响应曲面法、CFD数值模拟等方法来确定分选的最佳条件和参数，发现气速和床层长度对精煤回收率影响明显如图 2-2，而床层高度方向对床层的分选结果影响不大（实验中采用密度为 2.6g/cm3石英砂颗粒作为流化介质）。当气速为 0.195m/s(1.1Umf)、床层高度 0.15m、长度为 1.0m 时（全床长度），精煤回收率达到最大值。此外入料粒度减小将会恶化分选效果，而增加入料量可以提高精煤回收率和分选效率。
【参考文献】：
期刊论文
[1]DEM-CFD simulation of modular PB-FHR core with two-grid method[J]. Feng-Rui Liu,Xing-Wei Chen,Zhong Li,Na-Xiu Wang. Nuclear Science and Techniques. 2017(07)
[2]模块式干法重介质流化床选煤理论与工业应用[J]. 赵跃民,李功民,骆振福,张博,董良. 煤炭学报. 2014(08)
[3]Modularized dry coal beneficiation technique based on gas-solid fluidized bed[J]. 赵跃民,李功民,骆振福,梁春成,唐利刚,陈增强,邢洪波. Journal of Central South University of Technology. 2011(02)
[4]21世纪高效干法选煤技术的发展[J]. 陈清如,杨玉芬. 中国矿业大学学报. 2001(06)
[5]50t／h空气重介流化床干法选煤工业性试验[J]. 陈清如,杨毅,钱积才,栾吉祥. 煤炭加工与综合利用. 1994(05)
博士论文
[1]细粒煤振动重介质分选流态化过程的强化机理研究[D]. 周恩会.中国矿业大学 2018
[2]浓相气固分选流态化非稳定性研究[D]. 盛成.中国矿业大学 2018
[3]浓相脉动流化床流化与分选机理研究[D]. 董良.中国矿业大学 2015
[4]细粒煤振动流态化的能量作用及分离机制的研究[D]. 杨旭亮.中国矿业大学 2013
[5]基于欧拉—欧拉模型的空气重介质流化床多相流体动力学的数值模拟[D]. 贺靖峰.中国矿业大学 2012
[6]空气重介磁稳定流化床分选细粒煤的基础研究[D]. 宋树磊.中国矿业大学 2009
本文编号：3573397
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：145 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
018年不同国家煤炭消耗比例（左图）
研究路线图
图 2-1 不同国家学者开发的干法分选机模型：(1)加拿大[17]; (2)日本[18];(3)印度[19];(4)中国[20]。Figure 2-1 Schematic diagram of dry Separator developed by different countries: (1) Canada; (2)Japan; (3) India; (4) China这些干法分选试验床和工业化装置也是流态化干法分选机典型代表，试验研究和工业应用结果证明了流态化干法分选技术的可行性与巨大潜力，此外为了降低床层中气泡尺寸，便于调控，这些流化床的设计大部分采用了浅床型流化床。近年来，随着流态化理论和先进测量设备的引入，分选流化床的研究工作转变为更加细致的探索工作，很多工作基于实验测量或数值模拟方法，引入流态化理论的相关知识，确定分选过程的关键参数，发展分选模型来解释颗粒返混、床层流化不稳定现象。加拿大阿尔伯特大学 Azimi[21-24]等人采用响应曲面法、CFD数值模拟等方法来确定分选的最佳条件和参数，发现气速和床层长度对精煤回收率影响明显如图 2-2，而床层高度方向对床层的分选结果影响不大（实验中采用密度为 2.6g/cm3石英砂颗粒作为流化介质）。当气速为 0.195m/s(1.1Umf)、床层高度 0.15m、长度为 1.0m 时（全床长度），精煤回收率达到最大值。此外入料粒度减小将会恶化分选效果，而增加入料量可以提高精煤回收率和分选效率。
【参考文献】：
期刊论文
[1]DEM-CFD simulation of modular PB-FHR core with two-grid method[J]. Feng-Rui Liu,Xing-Wei Chen,Zhong Li,Na-Xiu Wang. Nuclear Science and Techniques. 2017(07)
[2]模块式干法重介质流化床选煤理论与工业应用[J]. 赵跃民,李功民,骆振福,张博,董良. 煤炭学报. 2014(08)
[3]Modularized dry coal beneficiation technique based on gas-solid fluidized bed[J]. 赵跃民,李功民,骆振福,梁春成,唐利刚,陈增强,邢洪波. Journal of Central South University of Technology. 2011(02)
[4]21世纪高效干法选煤技术的发展[J]. 陈清如,杨玉芬. 中国矿业大学学报. 2001(06)
[5]50t／h空气重介流化床干法选煤工业性试验[J]. 陈清如,杨毅,钱积才,栾吉祥. 煤炭加工与综合利用. 1994(05)
博士论文
[1]细粒煤振动重介质分选流态化过程的强化机理研究[D]. 周恩会.中国矿业大学 2018
[2]浓相气固分选流态化非稳定性研究[D]. 盛成.中国矿业大学 2018
[3]浓相脉动流化床流化与分选机理研究[D]. 董良.中国矿业大学 2015
[4]细粒煤振动流态化的能量作用及分离机制的研究[D]. 杨旭亮.中国矿业大学 2013
[5]基于欧拉—欧拉模型的空气重介质流化床多相流体动力学的数值模拟[D]. 贺靖峰.中国矿业大学 2012
[6]空气重介磁稳定流化床分选细粒煤的基础研究[D]. 宋树磊.中国矿业大学 2009
本文编号：3573397
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