考虑气相压缩性的高压密相气力输送数值模拟
发布时间：2021-07-04 02:28
为研究在高压密相气力输送过程中输送气体的可压缩性对输送管道中气固两相流动特性的影响,建立了考虑气体可压缩性的多相流模型,并应用该模型将可压缩工况与不可压缩工况进行对比。结果表明:相对于不可压缩气固两相流模型而言,可压缩气固两相流模型增加了管道中心两相速度和管壁附近的两相脉动速度,导致流动的扰动性增强。
【文章来源】：发电设备. 2019,33(02)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图２计算管道模型及截面网格图模拟结果与讨论
，２个储料罐间连接有一路可切换的输送管道，调节阀可以使得煤粉在罐体之间来回输送。在输送管的水平弯管段、水平管段、垂直管段、垂直弯管段均设有差压变送器来测量压差。输送管内径为０．０１ｍ，输送距离为５３ｍ。模拟的管道（见图２（ａ））内径为１０ｍｍ、垂直管长２ｍ、水平管长４ｍ、垂直弯管半径为２００ｍｍ，网格划分见图２（ｂ）。面网格数为１８０，体网格数１２３７０８４，尺寸为１ｍｍ×１ｍｍ。图２计算管道模型及截面网格图４模拟结果与讨论４．１水平管道流型分析流体可压缩性的影响表现为两个相互矛盾的作用：可压缩性形成的密度分布引起的致稳作用和流体相互侵入时的压缩和碰撞效应产生的失稳作用，它将使扰动加快发展。这两种作用的综合效果是如重流体可压缩性好，可以减少扰动的发展；若轻流体的可压缩性好，则助长扰动的发展。图３为相同工况下分别考虑气体压缩性和忽略气体压缩性在距离管道出口２ｍ处，水平管段截面流型对比图。图３可压与不可压工况固相浓度分布图由图３（ａ）和图３（ｂ）可见：固相主要分布在稀相区、过渡区和管道底部沉积区三个区域，与图３（ｃ）水平管段测量的ＥＣＴ图大致吻合，验证了模拟的可靠性。但是可压缩工况和不可压缩工况的煤粉浓度在管道中部分布有明显差异。考虑Ｎ２压缩性时，如图３中圈１和圈２所示，固相在过渡区域的颗粒浓度波动强于不可压流动，而且固相湍动能在过渡区域和壁面处上升较快（见图４），这是因为考虑气相压缩性时，由于壁面
第３３卷图５为可压与不可压工况水平管截面上平均颗粒体积分数图。图５可压与不可压工况水平管截面平均颗粒体积分数分布图由图５可见：在过渡区域，考虑Ｎ２压缩性时该区域颗粒平均体积分数分布变化相对较陡，这是因为可压工况的扰动作用使得在过渡区域颗粒平均体积分数变化相对较大；由于壁面颗粒平均体积分数已经形成动态平衡，过渡区域的扰动导致沉积区域的不断压实，致使可压工况在沉积区域的颗粒平均体积分数更大些。４．２水平管道流动特性对比分析图６为气力输送管道水平管距离出口截面２ｍ处两相速度分布图。图６可压与不可压工况距离出口２ｍ处截面气固相速度对比图由图６可见：在截面上，管道底部和顶部两相速度差别不大，速度的差异性主要体现在管道中心区域。在管道中心区域，考虑Ｎ２压缩性时，两相速度湍动相对剧烈，气固相动量交换更加强烈，从而导致管道中心区域的固相速度相对较大。４．３水平管两相压降分析图７为相同工况可压与不可压工况压力对比图。由图７可见：可压工况在沉降过程中速度要略大于不可压工况，但平衡后固相截面速度略小于不可压工况，这是因为前期过程密度脉动产生的致稳作用占主导，煤粉会沉降相对较快，当流型稳定后两种流体的碰撞和压缩效应使得输送过程耗散的能量增大，因此两相速度反而相对较小。在输送过程中，可压工况的压降要大于不可压工况。图７可压与不可压工况压力对比图·４８·
【参考文献】：
期刊论文
[1]二段式干煤粉气流床气化技术的模拟研究与分析[J]. 徐越,吴一宁,危师让. 中国电机工程学报. 2003(10)
[2]可压缩与不可压缩流体中Rayleigh-Taylor不稳定性的比较[J]. 秦承森,王裴. 强激光与粒子束. 2003(10)
博士论文
[1]气固两相流动数值模拟及其非线性动力学分析[D]. 程易.清华大学 2000
本文编号：3263841
【文章来源】：发电设备. 2019,33(02)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图２计算管道模型及截面网格图模拟结果与讨论
，２个储料罐间连接有一路可切换的输送管道，调节阀可以使得煤粉在罐体之间来回输送。在输送管的水平弯管段、水平管段、垂直管段、垂直弯管段均设有差压变送器来测量压差。输送管内径为０．０１ｍ，输送距离为５３ｍ。模拟的管道（见图２（ａ））内径为１０ｍｍ、垂直管长２ｍ、水平管长４ｍ、垂直弯管半径为２００ｍｍ，网格划分见图２（ｂ）。面网格数为１８０，体网格数１２３７０８４，尺寸为１ｍｍ×１ｍｍ。图２计算管道模型及截面网格图４模拟结果与讨论４．１水平管道流型分析流体可压缩性的影响表现为两个相互矛盾的作用：可压缩性形成的密度分布引起的致稳作用和流体相互侵入时的压缩和碰撞效应产生的失稳作用，它将使扰动加快发展。这两种作用的综合效果是如重流体可压缩性好，可以减少扰动的发展；若轻流体的可压缩性好，则助长扰动的发展。图３为相同工况下分别考虑气体压缩性和忽略气体压缩性在距离管道出口２ｍ处，水平管段截面流型对比图。图３可压与不可压工况固相浓度分布图由图３（ａ）和图３（ｂ）可见：固相主要分布在稀相区、过渡区和管道底部沉积区三个区域，与图３（ｃ）水平管段测量的ＥＣＴ图大致吻合，验证了模拟的可靠性。但是可压缩工况和不可压缩工况的煤粉浓度在管道中部分布有明显差异。考虑Ｎ２压缩性时，如图３中圈１和圈２所示，固相在过渡区域的颗粒浓度波动强于不可压流动，而且固相湍动能在过渡区域和壁面处上升较快（见图４），这是因为考虑气相压缩性时，由于壁面
第３３卷图５为可压与不可压工况水平管截面上平均颗粒体积分数图。图５可压与不可压工况水平管截面平均颗粒体积分数分布图由图５可见：在过渡区域，考虑Ｎ２压缩性时该区域颗粒平均体积分数分布变化相对较陡，这是因为可压工况的扰动作用使得在过渡区域颗粒平均体积分数变化相对较大；由于壁面颗粒平均体积分数已经形成动态平衡，过渡区域的扰动导致沉积区域的不断压实，致使可压工况在沉积区域的颗粒平均体积分数更大些。４．２水平管道流动特性对比分析图６为气力输送管道水平管距离出口截面２ｍ处两相速度分布图。图６可压与不可压工况距离出口２ｍ处截面气固相速度对比图由图６可见：在截面上，管道底部和顶部两相速度差别不大，速度的差异性主要体现在管道中心区域。在管道中心区域，考虑Ｎ２压缩性时，两相速度湍动相对剧烈，气固相动量交换更加强烈，从而导致管道中心区域的固相速度相对较大。４．３水平管两相压降分析图７为相同工况可压与不可压工况压力对比图。由图７可见：可压工况在沉降过程中速度要略大于不可压工况，但平衡后固相截面速度略小于不可压工况，这是因为前期过程密度脉动产生的致稳作用占主导，煤粉会沉降相对较快，当流型稳定后两种流体的碰撞和压缩效应使得输送过程耗散的能量增大，因此两相速度反而相对较小。在输送过程中，可压工况的压降要大于不可压工况。图７可压与不可压工况压力对比图·４８·
【参考文献】：
期刊论文
[1]二段式干煤粉气流床气化技术的模拟研究与分析[J]. 徐越,吴一宁,危师让. 中国电机工程学报. 2003(10)
[2]可压缩与不可压缩流体中Rayleigh-Taylor不稳定性的比较[J]. 秦承森,王裴. 强激光与粒子束. 2003(10)
博士论文
[1]气固两相流动数值模拟及其非线性动力学分析[D]. 程易.清华大学 2000
本文编号：3263841
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