射流液固流化床多组分颗粒流动特性的数值模拟研究

发布时间：2017-06-20 00:05

  本文关键词：射流液固流化床多组分颗粒流动特性的数值模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：液固流态化具有床层结构稳定、流化质量好、传质传热效率高等优点,因其设备结构简单、造价低廉,同时可以实现连续化生产,便于实现自动化管理和控制,广泛应用于工业的诸多领域。本文将倒置流化床与射流流化床工艺相结合,亦在改善倒置流化床油田污水处理过程中流固混合特性,提高除油效率。然而目前对其理论研究工作甚少,加之床内流动过程的复杂性和不确定性,因此选择数值模拟方法对其机理展开研究。本文采用Euler-Lagrange模型研究射流液固流化床多组分颗粒流动特性,在Lagrange坐标下求解离散颗粒运动,在Euler坐标下求解液相运动。本文选用计算流体力学与DEM相耦合的方法,采用软球模型,充分考虑颗粒形变引起的动能变化,液体对颗粒的曳力采用Gidaspow曳力模型计算,k-?模型模拟液相湍流,首先对倒置液固射流流化床内单组分颗粒流动过程展开模拟,并将计算结果与Renganathan等人的实验结果进行对比,验证模型可靠性。研究结果表明:颗粒在床内运动过程分为三个阶段,曳力携带作用向下运动、表观浮力作用向上运动和一定范围内上下浮动,最终达到动态平衡。颗粒在床内呈“凸形”分布,边壁颗粒富集;提高射流速度、增大流体粘度、增大颗粒弹性恢复系数等均可改善颗粒流化质量。同时引入颗粒温度和颗粒旋转温度的概念衡量颗粒速度和角速度脉动特性。通过双组分颗粒在床内流动特性的模拟研究,结果表明:对于不同粒径的双组分颗粒在床内运动特性与单组分颗粒相似,边壁处主要为大颗粒聚集区,小颗粒均匀的分散在床体中间。颗粒浓度沿轴向高度分布基本相同,先增加后减小。随液体粘度升高,颗粒富集位置高度逐渐降低;适当增加流速可以改善颗粒流化程度,若大于颗粒终端速度,则会加剧颗粒聚团。对于不同密度的双组分颗粒,增大粗颗粒密度和减小两种颗粒粒径差均可改善颗粒混合程度,同时颗粒密度对颗粒混合程度的影响更大。模拟结果与Rowe等理论分析结果一致,为流化床的进一步深入研究奠定基础。
【关键词】：液固流化床 DEM 射流 多组分
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X741;TQ051.13
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 创新点摘要7-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 研究背景及意义10-14
• 1.1.1 流态化概述10-12
• 1.1.2 流态化技术特点12-13
• 1.1.3 流态化技术在产业中的应用13-14
• 1.2 国内外研究现状14-17
• 1.3 本文主要研究内容17-18
• 第二章 理论模型与计算方法18-30
• 2.1 引言18
• 2.2 固相数学模型18-25
• 2.2.1 颗粒运动控制方程18-20
• 2.2.2 颗粒碰撞力学模型20-24
• 2.2.2.1 接触力20-22
• 2.2.2.2 扭矩22-23
• 2.2.2.3 范德华力23-24
• 2.2.3 颗粒碰撞搜索算法24-25
• 2.3 液相数学模型及求解算法25-26
• 2.3.1 液相控制方程25-26
• 2.4 液固相间耦合26-28
• 2.4.1 液体对颗粒作用力26-28
• 2.4.2 颗粒对流体的作用力28
• 2.5 本章小结28-30
• 第三章 单组分颗粒流动特性研究30-45
• 3.1 引言30
• 3.2 计算模型与边界条件30-31
• 3.3 计算结果和分析31-44
• 3.3.1 模型的验证31-33
• 3.3.2 流化床内颗粒运动过程33-34
• 3.3.3 液体粘度对床内流动特性的影响34-37
• 3.3.4 颗粒密度对床内流动特性的影响37-42
• 3.3.5 颗粒弹性恢复系数对床内流动特性的影响42-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第四章 双组分颗粒流动特性研究45-61
• 4.1 引言45
• 4.2 计算模型与边界条件45-46
• 4.3 计算结果和分析46-60
• 4.3.1 液体粘度对颗粒流动特性的影响46-50
• 4.3.2 液体流速对颗粒流动特性的影响50-53
• 4.3.3 粒径大小对颗粒流动特性的影响53-57
• 4.3.4 颗粒密度对颗粒流动特性的影响57-60
• 4.4 本章小结60-61
• 第五章 结论61-62
• 参考文献62-66
• 发表文章目录66-67
• 致谢67-68

【参考文献】

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1 郑晓野;蒲文灏;岳晨;何伟峰;韩东;;采用改进的曳力模型模拟2D鼓泡流化床的流化特性[J];过程工程学报;2015年05期

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本文编号：464081