稠密颗粒射流撞击过程的实验研究和数值模拟

发布时间：2021-04-07 07:22

　　本文以华东理工大学多喷嘴对置式气化炉为研究背景,采用高速摄像仪、图像处理软件（Image J）以及离散元（DEM）数值模拟等方法,系统研究了稠密颗粒射流撞击过程的类液体行为及其不稳定性。主要内容如下:（1）研究了稠密颗粒射流撞击流动模式以及颗粒粒径、射流速度、撞击角度和固含率等因素对流动模式和形态的影响。结果表明:随着颗粒粒径、颗粒射流速度的增大以及固含率的减小,稠密颗粒射流撞击形态由颗粒膜转变为散射形态。随着撞击角度的增大,撞击后部分颗粒向撞击点上方运动,颗粒膜高度和宽度均增大。（2）研究了稠密颗粒射流撞击颗粒膜的非轴对称振荡和波纹结构,揭示了颗粒膜不稳定性的形成机理。结果表明,随着射流速度的增大和固含率的减小,颗粒膜发生非轴对称振荡。随着射流速度的增大,非轴对称振荡频率和振幅均增大,表面波纹结构更加明显,且波纹传播速度u/u0介于0.7至0.9之间。颗粒膜上波纹结构存在叠加现象,并导致表面波纹结构频率降低、波长增加。颗粒膜非轴对称振荡频率与射流流量脉动频率相当,因此气固间相互作用引起的射流不稳定性是颗粒膜不稳定性形成的主要原因。（3）采用DEM（离散单元法）对稠密颗粒射流撞击进行了... 

【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图２．１撞击流原理图??

固撞击流进行了研究。研究结果发现，在?ＧＰＩＳ（Ｇａｓ－ｐａｒｔｉｃｌｅＴｗｏ－ｐｈａｓｅ?ｉｍｐｉｎｇｉｎｇ?ｓｔｒｅａｍｓ）??中可以分为射流区、撞击区以及散射区，并且颗粒浓度和碰撞概率在撞击区具有最大值，??因为在该区域内颗粒间的碰撞十分频繁，如图２．３所示。Ｌｉｕ等［３４］在考虑颗粒自身旋转??和相互碰撞的基础上，采用基于Ｅｕｌｅｒｉａｎ－Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ方法的ＤＳＭＣ方法研究了入口气流??速度、气固流动特征以及颗粒自身旋转等因素对稀疏气固撞击流流场特征的影响进行了??数值模拟。研究结果表明，颗粒旋转能够产生附加推动力，使颗粒加速离开撞击区，因??此在撞击区中心颗粒浓度降低。王助良等［３５］在考虑颗粒自身旋转特性后，采用ＤＳＭＣ??方法研究了颗粒粒径、颗粒初始速度以及加料速率等因素对稀疏气固撞击流中颗粒旋转??特性的影响。研究结果表明，颗粒旋转主要发生在撞击区内，随着颗粒初始速度、加料??速率的增大以及颗粒粒径的减小，撞击区内单个颗粒的旋转程度会増大。Ｈｅ等［３６］使用??ＤＷ－ＤＳＭＣ?（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?Ｗｅｉｇｈｔｅｄ?Ｄｉｒｅｃｔ?Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?Ｍｏｎｔｅ?Ｃａｒｌｏ）来模拟高惯性颗粒流，用??以验证ＤＷ－ＤＳＭＣ模拟的计算精度和效率，研究结果发现该方法既改进了颗粒场的分辨??率也大大减少了模拟计算量。Ｌｉ等［３７＿３８］采用ＤＳＭＣ方法对多喷嘴对置式气化炉内撞击??流的流畅特性进行了数值模拟

离喷嘴出口?Ｚ的距离后会发生弥散，存在与刘海峰等［４１］研究结果中相同的三种不同弥散??形态。并且颗粒发生波状弥散时，随着气体速度的增大，不稳定波的波长也减小，颗粒??发生振荡弥散时，随着气体速度的增大，稠密颗粒射流振荡频率先减小后增大，如图２．５??所示。曹文广等［４４］对稠密颗粒射流进行了实验研宄，研究结果表明，颗粒表观速度对弥??散宽度、核心区大小和弥散边界层大小等弥散特征具有重要影响；气固相互作用和颗粒??间碰撞是产生弥散的主要原因，其中气固相互作用起主导作用，颗粒间碰撞会促进弥散??模式的转变。吕慧等［４５＃］对存在气源扰动和旋流时的稠密气固射流进行了实验研究，研??宄结果表明，稠密气固射流存在气源扰动时，会形成具有一定周期的鼓泡结构。而引入??气源扰动和强旋能够得到更大的弥散角，从而颗粒的快速弥散得到了促进。彭正标等［４８］??采用ＤＥＭ?（离散单元法）软球模型耦合ＣＦＤ对流化床中的稠密气固两相流进行了模拟??研究，研宄结果表明，ＤＥＭ?（离散单元法）软球模型耦合ＣＦＤ的方法能够准确反映流??

【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
[1]稠密气固两相射流的实验研究与数值模拟[D]. 曹文广.华东理工大学 2013



本文编号：3123052