气固流化床内两相流动特性的数值模拟及结构优化设计
发布时间：2023-08-06 16:34
气固流化床由于其自身的优势已广泛被应用于能源、化工、制药、石油、冶金等工业领域中。颗粒团聚现象在气固流化床内两相混合过程中普遍存在,采取一些及时有效的调控措施,从而避免颗粒团聚进一步形成结片或结块,对于流化床反应器的稳定操作具有重大意义。本文首先针对较粗的Geldart B类颗粒(平均直径550μm的玻璃珠)进行初步的数值模拟分析。研究发现,气固流化床内存在部分由于颗粒团聚作用形成的堆积现象严重降低了气固接触效率,从而影响流化床内传质、传热。为了减弱甚至消除流化床内由于颗粒团聚形成的堆积现象以及流化死区,本研究借助流体力学模拟软件FLUENT 19.1,采用欧拉双流体模型(TFM)的方法,从高径比、入口气速及分布板结构三个方面对填充较粗Geldart B类颗粒的气固流化床内颗粒流化性能进行了探究。首先,在二维流化床中对颗粒-颗粒碰撞恢复系数ess进行了灵敏度分析。研究了ess对轴向时均颗粒速度、气固相初始混合过程、气泡尺寸、床层膨胀率等模拟结果的影响。研究表明:不同高径比下,ess对气固流化床数值模拟结果的影响是不可忽略的,主要反映在气固两相的混合过程中。同时,结合文献中实验数据分析了...
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
前言
1 文献综述
1.1 流化床概述
1.1.1 流态化简介
1.1.2 Geldart的颗粒分类法
1.2 计算流体力学(CFD)在气固流化床中的应用进展
1.2.1 计算流体力学概述
1.2.2 欧拉-欧拉法和欧拉-拉格朗日法
1.3 气固流化床数值模拟研究现状
1.3.1 气固流化床数值模拟概况
1.4 本课题研究的意义、目的和内容
1.4.1 本课题研究的意义、目的
1.4.2 本课题研究内容
2 模型的建立及参数设置
2.1 引言
2.2 实验模型
2.3 颗粒动力学理论模型
2.3.1 控制方程
2.3.2 本构方程
2.4 模型建立与网格划分
2.5 模拟方法
2.5.1 求解器的选择
2.5.2 方程离散格式的选择
2.6 模拟条件
2.6.1 时间步长的设定
2.6.2 亚松弛因子的选择
2.6.3 初始及边界条件的设置
2.7 湍流模型的选择
3 颗粒-颗粒碰撞恢复系数ess的灵敏度分析
3.1 引言
3.2 网格无关性检验
3.3 ess的灵敏度分析
3.3.1 ess对轴向时均气含率的影响
3.3.2 ess对轴向时均颗粒速度的影响
3.3.3 ess对气固相初始混合过程的影响
3.3.4 ess对气泡尺寸的影响
3.3.5 ess对床层膨胀率的影响
3.3.6 结论
3.4 本章小结
4 不同高径比下气固流化床三维数值模拟
4.1 引言
4.2 不同高径比下气固流化床数值模拟结果分析
4.2.1 三维流化床模拟的网格研究
4.2.2 固含率模拟结果
4.2.3 不同高径比下气速径向分布
4.2.4 不同高径比下颗粒径向速度分布
4.2.5 不同高径比下径向固含率的分布
4.2.6 不同高径比下径向气含率的分布
4.2.7 不同高径比下固含率模拟结果
4.2.8 结论
4.3 入口表观气速对气固流化床数值模拟结果的影响
4.3.1 入口气速对轴向时均气含率分布的影响
4.3.2 入口气速对径向颗粒速度分布的影响
4.3.3 入口气速对固含率分布的影响
4.3.4 入口气速对瞬时压力波动的影响
4.3.5 结论
4.4 本章小结
5 气体分布板结构设计与性能分析
5.1 引言
5.2 气体分布板结构设计
5.3 气体分布板性能分析
5.3.1 径向颗粒速度分布
5.3.2 径向气速分布
5.3.3 径向固含率分布
5.3.4 固含率模拟结果分析
5.3.5 颗粒运动形式的模拟结果分析
5.3.6 分布板压降的研究
5.3.7 结论
5.4 本章小结
结论
展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文目录
本文编号：3839673
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
前言
1 文献综述
1.1 流化床概述
1.1.1 流态化简介
1.1.2 Geldart的颗粒分类法
1.2 计算流体力学(CFD)在气固流化床中的应用进展
1.2.1 计算流体力学概述
1.2.2 欧拉-欧拉法和欧拉-拉格朗日法
1.3 气固流化床数值模拟研究现状
1.3.1 气固流化床数值模拟概况
1.4 本课题研究的意义、目的和内容
1.4.1 本课题研究的意义、目的
1.4.2 本课题研究内容
2 模型的建立及参数设置
2.1 引言
2.2 实验模型
2.3 颗粒动力学理论模型
2.3.1 控制方程
2.3.2 本构方程
2.4 模型建立与网格划分
2.5 模拟方法
2.5.1 求解器的选择
2.5.2 方程离散格式的选择
2.6 模拟条件
2.6.1 时间步长的设定
2.6.2 亚松弛因子的选择
2.6.3 初始及边界条件的设置
2.7 湍流模型的选择
3 颗粒-颗粒碰撞恢复系数ess的灵敏度分析
3.1 引言
3.2 网格无关性检验
3.3 ess的灵敏度分析
3.3.1 ess对轴向时均气含率的影响
3.3.2 ess对轴向时均颗粒速度的影响
3.3.3 ess对气固相初始混合过程的影响
3.3.4 ess对气泡尺寸的影响
3.3.5 ess对床层膨胀率的影响
3.3.6 结论
3.4 本章小结
4 不同高径比下气固流化床三维数值模拟
4.1 引言
4.2 不同高径比下气固流化床数值模拟结果分析
4.2.1 三维流化床模拟的网格研究
4.2.2 固含率模拟结果
4.2.3 不同高径比下气速径向分布
4.2.4 不同高径比下颗粒径向速度分布
4.2.5 不同高径比下径向固含率的分布
4.2.6 不同高径比下径向气含率的分布
4.2.7 不同高径比下固含率模拟结果
4.2.8 结论
4.3 入口表观气速对气固流化床数值模拟结果的影响
4.3.1 入口气速对轴向时均气含率分布的影响
4.3.2 入口气速对径向颗粒速度分布的影响
4.3.3 入口气速对固含率分布的影响
4.3.4 入口气速对瞬时压力波动的影响
4.3.5 结论
4.4 本章小结
5 气体分布板结构设计与性能分析
5.1 引言
5.2 气体分布板结构设计
5.3 气体分布板性能分析
5.3.1 径向颗粒速度分布
5.3.2 径向气速分布
5.3.3 径向固含率分布
5.3.4 固含率模拟结果分析
5.3.5 颗粒运动形式的模拟结果分析
5.3.6 分布板压降的研究
5.3.7 结论
5.4 本章小结
结论
展望
参考文献
致谢
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本文编号：3839673
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