流化床内基于神经网络方法的非球形颗粒两相流模拟研究
发布时间：2021-12-16 23:30
气固流态化系统广泛应用于能源、化工、食品、航天等工业领域。在气固流态化系统中,颗粒通常呈现不规则的非球形。在传统的研究方法中为了简化计算,研究者们通常将颗粒假设为球形颗粒。然而,在很多实际的颗粒系统中,球形颗粒的假设已不能真实的反映流态化系统中的颗粒流动行为,严重地影响了流化床反应器的设计、优化、模化和实际运行。因此,开展典型流化床内非球形颗粒气固两相流体动力特性的研究是十分必要的。数值模拟方法是一种常用的预测复杂气固两相流态化系统中流体动力特性的有效方法。本课题中拟采用欧拉-欧拉双流体模型,开展典型流化床内非球形颗粒气固两相流体动力学特性研究。非球形颗粒气固两相流体动力学数值模拟研究方法中的难点之一在于,由于颗粒形状复杂,气固间的曳力系数难以有效预测,球形颗粒的气固曳力系数不能准确地反映真实的曳力情况。鉴于人工智能方法的飞速发展,本课题中拟采用人工神经网络方法建立非球形颗粒曳力系数预测方法和关联式,并将该关联式嵌入到欧拉-欧拉双流体模型中,应用于几种典型气固流化床系统流体动力行为的预测。通过人工神经网络预测方法对非球形颗粒气固曳力系数进行预测及分析。首先比较反向传播（BP）神经网络模...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：166 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
不同尺度模型方法[67]
哈尔滨工业大学工学博士学位论文-14-影响。该技术已广泛用于气固流化床中，如图1-3所示[141]。图1-3静电学方法测量流化床内气固运动特性示意图[141]Fig.1-3Measurementofgas-solidflowcharacteristicsbyelectrostaticmethodsinfluidizedbeds[141]1.4.2颗粒追踪方法在多相流系统中，颗粒追踪技术常常被用于追踪颗粒相的运动，如图1-4所示。这项技术能够测量浓相流化床中连续相或者分散相的速度分布。目前，主要有三种颗粒追踪方法，分别是放射性颗粒追踪（RadioactiveParticleTracking，简称RPT）、正电子发射颗粒追踪（PositronEmissionParticleTracking，简称PEPT）以及磁性颗粒追踪（MagneticParticleTracking，简称MPT）。RPT技术是向流动系统中引入放射性示踪粒子来发射伽马辐射。示踪粒子的密度和尺寸与再循环相相符。RPT技术能够测量与颗粒运动有关的流体动力参数，如轨迹、速度、停留时间分布、扩散率、循环频率、湍动能量和雷诺应力等[142,143]。示踪粒子轨迹也会被用于表征颗粒-壁面接触参数和摩擦系数[144]。基于提升管内颗粒回流现象，Bhusarapu等[145]测量了固相循环率、总体固相流量和湍流参数特征。早期广泛的研究工作表明，RPT技术适用于不透明流化床中固相流动参数的非侵入测量[146]。然而，RPT技术的标定过程十分繁琐，由于示
哈尔滨工业大学工学博士学位论文-16-式等。Mohs等[155]最初将MPT技术用于喷动床的研究中。Buist等[156]应用了MPT技术，首次测量了气体流化床中的颗粒旋转速度，并改进了MPT技术，使其能够应用于稠密颗粒流动系统中，尤其是鼓泡流化床的应用中。Khler等[157]采用MPT技术研究了鼓泡流化床中燃料密度、流化气速、床层压降等对燃料混合和分离特性的影响。与RPT和PEPT技术相比，MPT技术成本更低，操作更简便。然而，MPT技术也存在一定的缺陷，该技术需要使用很大的磁道钉。感应器感应到的磁场强度不仅取决于磁铁的强度，也依赖于磁铁相对于传感器的相对位置。1.4.3可视化方法可视化方法是表征气固流场特性的一种直观、直接的方法，能够得到气泡特性、空隙率分布、颗粒运动的信息。如果要观察的装置具有良好的光接入功能，且分散相体积分数低，就可以采用直接拍照法。此外，可视化方法还包括X射线成像（Radiography）、核磁共振成像（NuclearMagneticResonanceImaging，NMRI）、X线断层摄影（Tomography）等技术，可以用来观察流化床内部流动信息。下面主要介绍颗粒成像测速法（ParticleImageVelocimetry，简称PIV）。PIV是一种众所周知的，用于测量流化床内固相流场的非侵入技术，目前已经被广泛应用于测量流化床[158]和喷动床[159]的全场瞬时颗粒速度常PIV系统配置随着应用场合的不同而不同，但典型的PIV系统主要是由CCD（Charge-coupleddevice）相机、光源、一个带有图像处理软件的计算机组成，图1-5为PIV系统的组成及典型的粒子拖尾图像。a）b）图1-5PIV系统：a）感应装置，b）CCD相机捕获的典型粒子拖尾图像[160]Fig.1-5PIVsystem,a)sensingarrangement,b)atypicalstreakimagecapturedbytheCCDcamera[160]
【参考文献】：
期刊论文
[1]介尺度中的复杂性——人工智能发展中的共性挑战[J]. 郭力,邬俊,李静海. Engineering. 2019(05)
[2]加压二维鼓泡床气固流动特性的数值模拟[J]. 高智雪,郝振华,宋素芳,聂伟,房倚天. 煤炭转化. 2018(02)
[3]耦合EMMS曳力与简化双流体模型的气固流动模拟[J]. 邱小平,王利民,杨宁. 化工学报. 2018(05)
[4]喷动床内气固两相流动纵向涡流效应数值模拟[J]. 张洁洁,吴峰,马晓迅,杨剑. 高校化学工程学报. 2017(04)
[5]颗粒相壁面条件对非球形颗粒流动影响的数值模拟[J]. 华蕾娜,赵虎,李军,王军武,朱庆山. 化工学报. 2016(08)
[6]基于EMMS曳力的湍动床气固流动CFD模拟[J]. 洪坤,曹曼倩,许莹,高晓燕,周苏闽,固旭. 计算机与应用化学. 2015(12)
[7]Two-fluid modeling of Geldart A particles in gas-solid micro-fluidized beds[J]. Xiaoxing Liu,Chuanqiang Zhu,Shujun Geng,Meiqin Yao,Jinhui Zhan,Guangwen Xu. Particuology. 2015(04)
[8]多组分颗粒稠密气固两相流动的数值模拟[J]. 陆慧林,何玉荣,刘阳,别如山,刘文铁. 工程热物理学报. 2002(03)
本文编号：3539001
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：166 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
不同尺度模型方法[67]
哈尔滨工业大学工学博士学位论文-14-影响。该技术已广泛用于气固流化床中，如图1-3所示[141]。图1-3静电学方法测量流化床内气固运动特性示意图[141]Fig.1-3Measurementofgas-solidflowcharacteristicsbyelectrostaticmethodsinfluidizedbeds[141]1.4.2颗粒追踪方法在多相流系统中，颗粒追踪技术常常被用于追踪颗粒相的运动，如图1-4所示。这项技术能够测量浓相流化床中连续相或者分散相的速度分布。目前，主要有三种颗粒追踪方法，分别是放射性颗粒追踪（RadioactiveParticleTracking，简称RPT）、正电子发射颗粒追踪（PositronEmissionParticleTracking，简称PEPT）以及磁性颗粒追踪（MagneticParticleTracking，简称MPT）。RPT技术是向流动系统中引入放射性示踪粒子来发射伽马辐射。示踪粒子的密度和尺寸与再循环相相符。RPT技术能够测量与颗粒运动有关的流体动力参数，如轨迹、速度、停留时间分布、扩散率、循环频率、湍动能量和雷诺应力等[142,143]。示踪粒子轨迹也会被用于表征颗粒-壁面接触参数和摩擦系数[144]。基于提升管内颗粒回流现象，Bhusarapu等[145]测量了固相循环率、总体固相流量和湍流参数特征。早期广泛的研究工作表明，RPT技术适用于不透明流化床中固相流动参数的非侵入测量[146]。然而，RPT技术的标定过程十分繁琐，由于示
哈尔滨工业大学工学博士学位论文-16-式等。Mohs等[155]最初将MPT技术用于喷动床的研究中。Buist等[156]应用了MPT技术，首次测量了气体流化床中的颗粒旋转速度，并改进了MPT技术，使其能够应用于稠密颗粒流动系统中，尤其是鼓泡流化床的应用中。Khler等[157]采用MPT技术研究了鼓泡流化床中燃料密度、流化气速、床层压降等对燃料混合和分离特性的影响。与RPT和PEPT技术相比，MPT技术成本更低，操作更简便。然而，MPT技术也存在一定的缺陷，该技术需要使用很大的磁道钉。感应器感应到的磁场强度不仅取决于磁铁的强度，也依赖于磁铁相对于传感器的相对位置。1.4.3可视化方法可视化方法是表征气固流场特性的一种直观、直接的方法，能够得到气泡特性、空隙率分布、颗粒运动的信息。如果要观察的装置具有良好的光接入功能，且分散相体积分数低，就可以采用直接拍照法。此外，可视化方法还包括X射线成像（Radiography）、核磁共振成像（NuclearMagneticResonanceImaging，NMRI）、X线断层摄影（Tomography）等技术，可以用来观察流化床内部流动信息。下面主要介绍颗粒成像测速法（ParticleImageVelocimetry，简称PIV）。PIV是一种众所周知的，用于测量流化床内固相流场的非侵入技术，目前已经被广泛应用于测量流化床[158]和喷动床[159]的全场瞬时颗粒速度常PIV系统配置随着应用场合的不同而不同，但典型的PIV系统主要是由CCD（Charge-coupleddevice）相机、光源、一个带有图像处理软件的计算机组成，图1-5为PIV系统的组成及典型的粒子拖尾图像。a）b）图1-5PIV系统：a）感应装置，b）CCD相机捕获的典型粒子拖尾图像[160]Fig.1-5PIVsystem,a)sensingarrangement,b)atypicalstreakimagecapturedbytheCCDcamera[160]
【参考文献】：
期刊论文
[1]介尺度中的复杂性——人工智能发展中的共性挑战[J]. 郭力,邬俊,李静海. Engineering. 2019(05)
[2]加压二维鼓泡床气固流动特性的数值模拟[J]. 高智雪,郝振华,宋素芳,聂伟,房倚天. 煤炭转化. 2018(02)
[3]耦合EMMS曳力与简化双流体模型的气固流动模拟[J]. 邱小平,王利民,杨宁. 化工学报. 2018(05)
[4]喷动床内气固两相流动纵向涡流效应数值模拟[J]. 张洁洁,吴峰,马晓迅,杨剑. 高校化学工程学报. 2017(04)
[5]颗粒相壁面条件对非球形颗粒流动影响的数值模拟[J]. 华蕾娜,赵虎,李军,王军武,朱庆山. 化工学报. 2016(08)
[6]基于EMMS曳力的湍动床气固流动CFD模拟[J]. 洪坤,曹曼倩,许莹,高晓燕,周苏闽,固旭. 计算机与应用化学. 2015(12)
[7]Two-fluid modeling of Geldart A particles in gas-solid micro-fluidized beds[J]. Xiaoxing Liu,Chuanqiang Zhu,Shujun Geng,Meiqin Yao,Jinhui Zhan,Guangwen Xu. Particuology. 2015(04)
[8]多组分颗粒稠密气固两相流动的数值模拟[J]. 陆慧林,何玉荣,刘阳,别如山,刘文铁. 工程热物理学报. 2002(03)
本文编号：3539001
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