气液固三相流态化特性的实验与数值模拟研究

发布时间：2018-06-27 18:05

  本文选题：气液固三相鼓泡床 + 流动特性　； 参考：《东南大学》2016年博士论文

【摘要】：气液固三相流动广泛存在于能源、化工和环境领域。气液固三相鼓泡床是三相流态化操作装置的一种,在能源和环境领域有着非常重要的应用。与气液和气固两相流动相比,三相鼓泡床中气液固三相流动行为更加复杂,对气、液和固三相之间复杂作用的认识与研究还很有限,因此开展三相鼓泡床中气液固流动特性的深入研究具有重要的意义。对三相流动特性的掌握,不仅可以揭示颗粒相对气液两相流动的影响机理,而且可为三相鼓泡床的结构设计和运行优化提供理论指导,同时为实际生产应用提供基础数据。本文从实验和数值模拟研究两个方面,对气液固三相鼓泡床的流动特性进行了较深入的研究。构建了气液固三相鼓泡床实验系统,采用高分辨率数字图像采集与处理方法,考察了气液固三相流动结构在不同操作参数下的变化规律。定义了四种典型的流型：分散气泡流型、过渡流型、气泡聚并流型和强湍动流型。给出了各流型和流型转变点处的三相流动结构高分辨率实验图片,分析了各种流动结构的主要特征。绘制出不同气速和颗粒性质(颗粒体积分数、尺寸和密度)下的流动结构相图。分析揭示了颗粒性质、液体粘度和装置尺寸对流型转变的影响规律。采用高精度多通道压力／差压信号采集的实验方法,结合时间域分析、时频域分析和相空间分析识别气液固三相鼓泡床的流型转变点。采用数理统计方法、Hurst分析方法、Hilbert-Huang变换EMD能量熵和信息熵四种方法分析压力脉动数据,识别流型转变点,并将识别结果与实验结果进行比较,揭示了各方法的识别率。各方法分析结果揭示了三相鼓泡床内在的流体动力学特性。研究显示时频域分析的Hilbert-Huang变换方法和相空间分析的熵分析方法对三相鼓泡床流型转变点的识别率较好。对三相鼓泡床中的气含率、压降、颗粒最小悬浮速度、床层膨胀比和波动比等重要流动特性参数进行实验研究,揭示了气含率、压降和床层膨胀参数在四种不同流型下随操作参数的变化规律。考虑颗粒性质的影响,提出了气含率新的关联式。基于三欧拉多相流模型构建了描述三相鼓泡床气液固流动的数理模型,揭示了气液固三相流动数值模拟的求解方法(如方程的离散格式、时间步长和壁面条件的选择)。对气-液、液-固和气-固各相之间曳力系数模型进行敏感性分析,揭示了可用于描述气液固三相流动的相间曳力系数模型。基于建立的三相流动数值试验平台,研究揭示了表观气速和颗粒性质(固相体积分数、颗粒尺寸和密度)对气液固三相鼓泡床流动特性参数的影响规律,分析获得了气含率、固含率的径向和轴向分布,液相轴向速度、液相湍动特性参数和固相轴向速度分布随操作参数的变化规律。研究获得了不同流型下的气液固三相流动结构,率先将四种流型的数值模拟结果与实验结果图进行对照分析,揭示了所建数理模型对各流型模拟的适用性以及对三相鼓泡床内近布风板区、流动区和表面发泡区的模拟能力。通过数值试验,揭示了装置尺寸和结构、加压条件对三相鼓泡床流动特性的影响。基于建立的气液固三相流动数值试验平台,构建四相流动模型,研究了三相鼓泡床中双组分颗粒混合对流动特性的影响规律。揭示了相同密度、不同颗粒尺寸两种颗粒混合和相同尺寸、不同颗粒密度的两种颗粒混合对三相流动中气含率和固含率的影响规律。
[Abstract]:The gas - liquid - solid three - phase bubbling bed is a kind of three - phase fluidized bed . It is very important to study the flow characteristics of gas - liquid - solid three - phase bubbling bed . Based on the established three - phase flow numerical test platform , the influence of apparent gas velocity and particle properties ( solid phase volume fraction , particle size and density ) on the flow characteristics of three - phase bubbling bed was studied .
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ051.1;O359
，

本文编号：2074765