液固外循环流化床换热器颗粒循环流动特性的数值模拟

发布时间：2017-04-07 21:04

  本文关键词：液固外循环流化床换热器颗粒循环流动特性的数值模拟，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：流化床技术已经在化工、机械、原子能源等方面都有较多应用,液固两相流的流动状态尤为复杂,为了更深入了解液固外循环流化床中的颗粒循环流动的特性,在已有实验研究的基础上,采取数值模拟的方法,应用软件STAR CCM+,进一步观察颗粒流动特性,对影响颗粒流动的关键部件—喷嘴的安装位置及口径比模拟,并且用文丘里管结构替代喷嘴处结构,使其更利于颗粒循环装置处颗粒的循环流动,利用数值模拟的方法,对管内颗粒的流动状态更加容易观察,如压力、速度、湍动能、涡量、颗粒的运动轨迹,经过对喷嘴及文丘流管结构进行模拟发现,喷嘴的安装位置决定喷嘴出口上下涡旋的关系位置,喷嘴的口径比决定喷嘴出口处的负压大小,从而影响涡旋的大小。喷嘴对三通管处颗粒的循环效果,主要是受负压与涡旋卷吸位置的影响,喷嘴出口处负压越大,喷嘴本身造成压降越小,阻力越小,效果会越好。文丘里管与喷嘴结构在同一操作工况参数下进行模拟,文丘里管结构的性能比喷嘴结构要更利于颗粒循环。结果表明:喷嘴的不同安装位置与口径比都对两相流的压力、速度、湍动能、涡量造成一定的影响,当喷嘴安装位置L=0mm时,喷嘴出口出负压较低,涡量卷吸影响位置适宜,喷嘴口径比为0.375时,喷嘴出口速度及湍动能的变化规律,能很好的给颗粒提供动能,使颗粒能够正常循环。在用文丘里管结构替代喷嘴结构以后,发现在文丘里喉管处造成的负压增大大了一倍,而且总体压降变小,阻力变小,当文丘里管收缩段长度为150mm时,文丘里管前后压降较低,喉管处负压较低,阻力较小,喉管长径比为4的时候,喉管处负压较低,压降变化较为平稳,流体波动小,消耗能耗少,且在水平管段形成的涡旋,影响距离较远,可以有效的阻止颗粒因受重力作用而过早沉淀。
【关键词】：液固外循环流化床 喷嘴 文丘里 数值模拟
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ051.13
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 循环流化床技术应用及发展现状9-10
• 1.2 液固外循环流化床换热器结构发展现状10-14
• 1.2.1 内循环流化床换热器11
• 1.2.2 外循环流化床换热器11-13
• 1.2.3 加入辅助流体的外循环流化床换热器13
• 1.2.4 外循环流化床换热器的优点13-14
• 1.3 射流技术14-16
• 1.4 外循环流化床换热器中颗粒循环装置16-18
• 1.4.1 喷嘴结构的研究16-17
• 1.4.2 文丘里管结构的研究17-18
• 1.5 本文主要研究内容18-19
• 第二章 计算流体动力学（CFD）简介和STAR CCM+软件介绍19-27
• 2.1 CFD介绍19-21
• 2.2 数值模拟中常见的数学模型21-25
• 2.2.1 离散化方法21
• 2.2.2 定常与非定常流动21
• 2.2.3 层流与湍流21
• 2.2.4 湍流模型21-23
• 2.2.5 本文选用的数学模型23-25
• 2.2.5.1 湍流模型24
• 2.2.5.2 颗粒lagrange的受力模型24-25
• 2.3 STAR CCM+软件介绍25-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 液固外循环流化床流动特性的数值模拟27-43
• 3.1 几何区域建模27-31
• 3.1.1 几何模型27-30
• 3.1.2 边界条件30-31
• 3.2 下降段工作状况与全流场模拟31
• 3.3 喷嘴安装位置对流场的影响31-36
• 3.3.1 喷嘴安装位置对压降的影响31-33
• 3.3.2 喷嘴安装位置对速度的影响33-34
• 3.3.3 喷嘴安装位置对湍动能的影响34-35
• 3.3.4 喷嘴安装位置对涡量的影响35-36
• 3.4 喷嘴口径比对流场的影响36-39
• 3.4.1 喷嘴口径比对压降的影响36-37
• 3.4.2 喷嘴口径比对速度的影响37
• 3.4.3 喷嘴口径比对湍动能的影响37-38
• 3.4.4 喷嘴口径比对涡量的影响38-39
• 3.5 颗粒对喷嘴出口区域流场的影响39-40
• 3.6 喷嘴与文丘里管两种结构型式的性能比较40-41
• 3.7 本章总结41-43
• 第四章 文丘里颗粒循环装置的结构优化模拟43-53
• 4.1 几何区域建模43-45
• 4.1.1 几何模型43-44
• 4.1.2 边界条件44-45
• 4.2 收缩段长度对流场的影响45-48
• 4.2.1 收缩段长度对压降的影响45-46
• 4.2.2 收缩段长度对速度的影响46
• 4.2.3 收缩段长度对湍动能的影响46-47
• 4.2.4 收缩段长度对涡量的影响47-48
• 4.3 喉管长径比对流场的影响48-51
• 4.3.1 喉管长径比对压降的影响48-49
• 4.3.2 喉管长径比对速度的影响49-50
• 4.3.3 喉管长径比对湍动能的影响50
• 4.3.4 喉管长径比对涡量的影响50-51
• 4.5 对文丘里喉管处及扩散段流场的影响51-52
• 4.6 本章结论52-53
• 第五章 结论与展望53-55
• 5.1 结论53
• 5.2 展望53-55
• 参考文献55-59
• 致谢59-61
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果61

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