磁流化床中铁磁颗粒流化特性的数值模拟

针对磁流化床中颗粒浓度高,相互作用强的特点,在双流体模型的基础上,引入颗粒流的动力学理论,对床内铁磁颗粒在不同工况下的流化特性进行数值模拟.计算结果表明:在无磁场或弱磁场作用下,床内多处产生气泡,颗粒呈鼓泡流化状态;在适度磁场作用下,磁场对颗粒的作用明显,可以抑制床内气泡生成,实现颗粒的稳定流化.增大气体表观流速比后,磁场的调节作用相对减弱,颗粒不能实现稳定流化.与试验数据比对,二者吻合较好,数值模拟结果较好地反映磁流化床中颗粒的流化行为.     

基于耗散结构理论的鼓泡流化床过渡态分析

把鼓泡流化床看成是一个与环境有能质交换和能量耗散的热力学系统，用非平衡态热力学和耗散结构理论研究了流化床由均匀到不均匀流化状态的过渡。根据流化床的质量、动量、能量方程和Ｇｉｂｂｓ公式得出了系统的熵平衡方程和熵产生方程，基于Ｐｒｉｇｏｇｉｎｅ的耗散结构理论建立了鼓泡流化床的过渡态判据，提出了临界鼓泡速度计算方法。应用该判据对流化床中产生气泡的几个主要影响因素进行了分析，临界鼓泡速度与临界流化速度之比与颗粒直径的立方和气－固密度差成反比，与流体粘度的平方成正比，计算表明理论结果与有关文献的实验值吻合较好     

气固流化床压差脉动信号的非线性分析与流型识别

采用EMD-RA方法对生物质与石英砂颗粒混合流动的压差脉动信号进行分析.首先对稻壳与石英砂颗粒在流化床内混合流动的压差脉动信号进行数据采集,采用EMD方法提取原始信号中本身固有的内禀模态函数IMF,再分别对代表气泡、颗粒行为的中频区和高频区的IMF分量进行递归分析.结果表明:当气速u0.50 m/s时,床内由固定阶段向鼓泡阶段转变,系统受颗粒行为影响且随机性较强,各递归特征量变化规律不明显;当气速u0.86 m/s时,床内由鼓泡阶段向流化阶段转变,系统受气泡运动影响且呈现较强的周期性,各递归特征量发生明显变化,递归特性增强.研究进一步证实了流化床内双组分颗粒流动的非线性特性,所提出的EMDRA方法可作为流化床流型识别的新方法.     

基于DEM的埋管鼓泡流化床内颗粒运动特性模拟

该文采用离散单元法(DEM)对水平埋管的鼓泡流化床内颗粒流化过程进行了数值模拟研究。DEM方法通过求解Newton方程来模拟颗粒的运动过程,气相仍采用连续流方法模拟。因此,DEM方法能够获得颗粒尺度量级的详细结果。通过模拟不同埋管布置方式下流化床内密相区颗粒流化过程,研究了埋管布置方式对于鼓泡流化床内的颗粒运动的影响。结果表明:埋管布置方式会改变床层有效流通面积和埋管对颗粒的阻碍作用等,从而影响流化床内的颗粒群和气泡形态。埋管数量越多,颗粒与埋管由于相互作用而消耗的能量越大,平均颗粒速度和颗粒温度值越低。不同的埋管布置方式会导致颗粒混合速率的差异,增加埋管数量会降低颗粒混合程度。     

CuO/Al2O3作为载氧剂的流化床化学链燃烧数值模拟

以欧拉-欧拉双流体模型和气固非均相化学反应动力学为基础,嵌入了气固化学反应速率方程和反应内热源项的UDF(自定义函数)程序,对化学链燃烧燃料反应器——鼓泡流化床内气固两相流动及化学反应过程进行了数值模拟,并分析了甲烷进气速度对床内气固两相流动、传热及化学反应速率的影响.结果表明:随着甲烷进气速度增加,床内气固混合更加剧烈,气泡的产生、碰撞和破碎使得气固分布不均,流化质量下降,导致反应器内化学反应速率以及温度分布不均,床内局部存在的高温区域将使颗粒温度过高而烧结,降低了甲烷燃烧效率.     

基于流体体积模型的放射性废树脂蒸汽重整流态化数值模拟分析

放射性废树脂蒸汽重整反应器通常采用流化床结构。树脂在流化床中达到较好的流态化是保证反应持续，提高处理效率，实现树脂减容和核素包容的关键因素。为更好地对流化床中树脂的流态化情况进行分析优化，建立了鼓泡流化床树脂蒸汽重整的计算模型，针对废树脂蒸汽重整中试流化床采用VOF模型模拟流化床内树脂蒸汽多相流动状态。重点分析了不同流化操作气速下的床层压降、床高空隙率分布，获得了不同操作气速下的树脂流化状态。数值计算分析及后续测试结果表明，采用VOF模型可较好用于废树脂鼓泡流化床的计算模拟；操作气速增加，树脂的流化状态产生明显变化；当操作气速控制在0.7m/s左右时，该中试流化床可达到最佳的流化状态。     

气固流化床中静电信号的多尺度分形特征与流型

通过小波分析和R/S分形分析方法,对气固流化床内静电势波动信号进行多尺度分解,研究了信号的分形特征,建立了静电波动信号的尺度划分标准.实验结果表明,在鼓泡流化状态下,静电信号中介尺度的能量分率最高,且介尺度能量分率沿径向由内而外逐渐减小,与床内空隙率的径向变化规律一致.证实介尺度信号与气泡运动有直接的对应关系,各尺度能量分率的变化能够灵敏地指示出流化床内的流型转变,据此可对颗粒的起始流化速度以及起始湍动速度作出较准确的判断.     

模拟气固流化系统的数值方法

针对气固两相流动的基本特征,采用流体连续、颗粒离散的处理方法,把受流体作用的颗粒运动过程分解为受颗粒冲力支配的碰撞运动及受流体曳力控制的悬浮运动,从而建立了模拟气固流化系统的数值方法．该方法能够真实地模拟气固流化床中的基本流动结构 鼓泡形成、多气泡行为、节涌现象及团聚物的动态变化．研究结果表明：与模拟气固流化系统已有的数值方法相比,本文的数值方法具有模拟真实、通用性强的优点．     

循环流化床内生活垃圾颗粒冷态分层特性分析

对城市生活垃圾循环流化床焚烧炉炉内冷态流场及生活垃圾颗粒冷态分层特性进行了数值模拟.结果表明:密相区和稀相区的流场存在较大差异,密相区u、v、z值较稀相区大得多,湍流强度大,扰动强烈;稀相区流场横向扰动很弱.不同粒径的垃圾颗粒在炉内存在明显的分层现象,流化风速1.5～2 m/s时,小于1 mm的垃圾颗粒集中在炉膛上部,大于5 mm的垃圾颗粒沉积到炉膛底部.风速从0.8 m/s增加到2 m/s时,风速越小、粒径差异越大,分层越明显.随着风速的增加,不同粒径垃圾颗粒分布趋于均匀,分层现象减弱.当风速小于1 m/s,炉内整体流态化及循环状况较差,1.5～2 m/s的流化风速对生活垃圾流化床较为适合.     

流化床法制备太阳能级多晶硅冷态研究

分别采用管径为φ20 mm与φ40 mm的流化床反应器,以工业硅为物料,进行了太阳能级多晶硅制备冷态模拟试验研究。结果表明:在管径φ40 mm的流化床反应器中,硅粒粒径D50在80~109μm之间,硅料加入量126.1 g,流化速度为0.26~0.28 m/s时,流化状态最佳;在管径φ20 mm的流化床反应器中,硅粒粒径D50在80~109μm之间,硅料加入量78.1 g,流化速度为0.42~0.44 m/s时,流化状态最佳。     

黏性与非黏性颗粒在流化床中的气泡行为模拟

运用离散单元法对黏性与非黏性D类颗粒在气-固流化床中的气泡行为进行研究,分析了气泡在流化床内的产生、长大过程以及黏性力对气泡产生的影响.结果表明:流化速度将影响气泡的产生,而黏性力的作用将推迟气泡的产生;与非黏性颗粒相比,D类黏性颗粒在流化过程中所产生的气泡尺寸减小,上升速度变慢,气泡周围的压力增大、运动速度减小;另外,气泡周围的压力和颗粒运动速度对黏性力较为敏感.     

Simulation of dynamic behavior in bubbling fluidization

Both the behavior of bubbles in the distributor with several orifices and the sensitive dependence of bubbling fluidization on initial condition have been simulated by particle-motion-resolved discrete model in which the gas flow is obtained by solving the Navier-Stokes equation including two-phase interaction, and the motion of solid phase is obtained by decomposing the motion of each particle into collision process and suspension process. Compared with the pseudo-fluid models and previous discrete models, this model is authentic and can be widely used for simulating bubbling fluidization.     

气固流态化动态特征的模拟

运用基于硬球理论的离散型模型模拟了气固流态化的基本特征，观察了操作条件对鼓泡流化的影响。其模拟结果表明：1.气体通过分布板后形成许多气泡。最初，这些气泡以较小的尺寸形成在孔口，然后逐渐长大并上升。当气泡到达床层表面而破裂时，导致了床层表面的波动。2.床层中的压降随着气体速度和气体分布板中孔数的增加而增加。从而增加气体速度和分布板孔数将产生更多的气泡，并改进颗粒间的混合程度。3.与国际上现有离散型模型相比，基于颗粒运动分解思想的硬球模型更为真实、更为简单。它能够定性而形象地复现气固流化系统的实验特征，为实验预测提供辅助的研究方法。     

钛渣流态化氯化流动特性的数值模拟

基于双流体模型,结合钛渣的物性参数,采用Fluent软件对钛渣流态化氯化过程的数学模型进行了模拟,通过不同的临界流化速度,对钛渣流态化氯化的流动特征进行了研究。结果表明:Grace修正公式适合钛渣流态化氯化最小流化速度的计算;在最小流化速度下,床层首先形成乳相,随着流化时间的延长,在中部形成小气泡;在完全流化速度下,床层首先经历节涌过程,然后进入完全流化。     

大颗粒流化床传热数值模拟与气固传热模型比较

采用欧拉-欧拉模型对GeldartD类颗粒气固流化床的非定常传热过程进行了模拟,比较了包括Gunn模型在内的6种不同的气固传热系数模型.通过模拟二维流化床发现,基于6种气固传热模型得出的平均壁面传热系数与文献的实验关联式相差不大,但是6种模型给出的局部气固传热系数呈现较大的差别,其原因在于不同模型中的两个主要影响参数颗粒雷诺数和床层空隙率的贡献不同.比较了6种气固传热模型之后,采用Gunn模型对D类颗粒的流化床进行了模拟和分析,结果表明:尽管存在较大的气泡和一定程度的腾涌,D类颗粒流化床可以实现稳定的流化.从流化床内的温度分布的演化来看,D类颗粒流化床的传热均匀性不存在问题,较大的颗粒直径和较大的气泡并未造成传热问题.     

白砂糖流态化特性的分析

本文研究了白砂糖在流化床中的流体力学特性。试验表明：白砂糖的压降一空气速率曲线有明显的临界点；完全流态化后，白砂糖体系的压降并未保持恒定；临界流态化速度Ｕｍｆ＝０．７５ｍ／Ｓ。对Ｅｒｇｕｎ方程式进行了修正，得出适用于白砂糖体系的临界流态化速度综合关联式。     

内置热流化床煤调湿装置中湿煤的流动特性研究

选取平均粒径为0.82mm的宽筛分烟煤为床料,考察煤中水分(含水率)对煤在小型内热流化床煤调湿实验台中的流动特性的影响.绘制流化床内流化速度与床层高度、床层压降的关系曲线并进行分析.结果表明:煤料的临界流化速度为0.3~0.4m/s;高水分煤料(含水率为16.3%~17.8%的煤)的临界流化速度比低水分煤料(含水率为12.4%~13.7%的煤)的临界流化速度增加了20%,即含水率过高不利于煤的流化;高水分煤在流化过程中甚至出现了腾涌现象,使流化恶化,故应将流化煤料的含水率控制在14%以下.