大颗粒流化床中颗粒受力的数值模拟

通过数值计算模拟了大颗粒鼓泡流化床中颗粒的受力情况．在模拟过程中，气相采用了欧拉描述方法，颗粒相运动过程的模拟采用了离散单元法．利用软球模型模化颗粒之间的碰撞力，分别研究了3种流化数下温度为300K、内含11000个直径3mm颗粒的流化床中，瞬间颗粒受力在床内的分布情况．结果表明：在通常情况下，乳化相区域颗粒受到的气体曳力平均值一般是其自身重力的1～2倍；除气泡内部外，颗粒所受到的碰撞力亦高于颗粒自身的重力；流化数越高，则床内碰撞力越大，当流化数为1．67后，碰撞力已成为影响床内颗粒无规则运动的主要因素．     

异质柱形颗粒与球形颗粒混合流动特性的CFD-DEM数值模拟分析

针对成型生物质颗粒与流化介质在气固流化床中的混合流动过程,采用数值模拟对该过程进行描述和分析。应用Fortran语言编程,构建复杂组分的三维气固两相流模型,在介观尺度下对流化床中异质异形颗粒的混合流动模拟问题进行研究。在欧拉和拉格朗日框架下,分别采用不同方法构造柱形颗粒:在CFD模型中,采用虚拟小球法描述柱形颗粒,引入体积分数改进曳力系数公式;在DEM部分,采用球元叠加法构造柱形颗粒,引入软球模型计算颗粒间的碰撞力。基于上述方法,模拟表观气速分别为1.0 m/s和2.0 m/s时的柱形生物质与石英砂混合流动的物理过程,并将模拟结果与试验结果进行对比。研究结果表明:该方法能较好地模拟在鼓泡床状态下异质柱形颗粒与球形颗粒混合流动的过程。     

大颗粒流态化特性的实验研究

通过对大颗粒流化曲线及床层高度的测试对大颗粒流化床的流化过程进行了研究结果显示，大颗粒的流态化过程是一个渐进的过程，整个流化过程可以分为：床层高度恒定、颗粒位置调整、表面颗粒运动、节涌波动和完全流化5个阶段。由于颗粒自身特性的影响，导致大颗粒流化过程中的各个特征速度(如起始鼓泡流化速度和完全流化速度)产生了有别于小颗粒流化床的特性。     

流化床式筛分机中气泡特性的数值模拟

采用流化床式筛分机,针对煤料在流化床内流化时的鼓泡筛分特性,以Eulerian多相流模型,对筛分机的单粒径颗粒气固两相流动进行模拟,得出了筛分机内某一截面的固相体积份额分布图和不同截面的气泡分布图.为求证最佳流化速度,共设计了4组不同入口气速的工况.根据4组数值模拟结果,分析得出筛分机内最佳流化速度为0.96m/s.通过比较4组工况的流化效果发现,当流化速度为1.36m/s时,气泡最多,因而该工况最具有代表性,可用来研究筛分机的鼓泡特性.研究结果表明,筛分机的鼓泡具有随机性和不均匀性.     

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．     

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.     

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.     

大颗粒气固流化床的流化特性

通过冷态试验,对利用流化床煅烧水泥新技术中所涉及到的大颗粒气固流化床的相关特性进行了研究。研究结果表明:大颗粒气固流化床平稳地运行在鼓泡床阶段,但较易发生节涌现象,适合浅床操作,且操作流化数较低;对流化床压降脉动的分析可知,采用具有较宽粒度分布的大颗粒物料,有利于改善流化床的流化质量。     

置有竖直隔板鼓泡流化床物料停留时间

采用平均停留时间法研究了Geldart B类固体颗粒在内置竖直隔板鼓泡流化床的停留时间,在冷态试验台基础上研究了进料速率、流化风速、粒径、内置竖直隔板等因素对颗粒停留时间的影响。实验表明,进料速率、流化风速为影响停留时间的主要因素,且在一定的范围内三者之间有固定的关系,料径和中间的隔板高度的影响不大,两侧通流高度对停留时间几无影响。实验结果可为磁化焙烧鼓泡流化床物料停留时间和工业上采用竖直隔板提供理论依据。     

大颗粒气固流化床的流化特性

通过冷态试验，对利用流化床煅烧水泥新技术中所涉及到的大颗粒气固流化床的相关特性进行了研究。研究结果表明：大颗粒气固流化床平稳地运行在鼓泡床阶段，但较易发生节涌现象，适合浅床操作，且操作流化数较低；对流化床压降脉动的分析可知，采用具有较宽粒度分布的大颗粒物料，有利于改善流化床的流化质量。     

移动床气固流与水平埋管的传热特性研究

对正压差条件下顺重力移动床气体－颗粒流与水平埋管的传热特性进行了实验及理论研究，揭示了埋管表面附近气体颗粒局部流动及换热的特点，建立并简化求解了描述移动床气固流与埋管间传热的物理数学模型，结果表明，细颗粒气固移动床的床层颗粒质量流率是影响传热效果的主要因素，压力作用则是通过改变床层颗粒质量流率及气体渗流率和热容来影响传热的。     

采用内嵌边界方法模拟错列管束的磨损

采用内嵌边界方法,模拟研究了不同Stokes数St的煤灰颗粒穿过槽道中10×11错列不锈钢管束时的运动情况及其对管束的磨损规律.其中,流场与管束之间的耦合采用内嵌边界技术描述,颗粒的运动采用拉格朗日轨道模型求解.结果表明,不同St的颗粒有不同的运动特点,对管束造成的磨损也不同.第1排管束的平均磨损量在St=0.01,0.1时都较小,此后磨损量随着St的增大而增大.St=0.1时,第1排圆管的磨损量最小.靠近槽道壁面两列管束的平均磨损量大于中间管束,需加强防磨措施.     

流化床内浸入水平管束之间距对气泡特性的影响

介绍在不同的运行工况下,利用特制的光偶探头测得流化床内浸入水平骨束之管间距和管径的变化对气泡特性的影响,实验中所用粒子为空心刚玉球(Al_2O_3)。管束采用叉排的方式,间距分别为40,64,80,120(mm);管径分别为32,51,60(mm)。利用本实验回归出的粒子贴壁时间和气泡贴壁时间分率的经验关联式的计算值与实验值进行比较得出,该经验关联式较准确地描述了气泡的分布特性,用之解释了流化床内水平埋管管束换热糸数随间距变化的规律。     

顺列光管式省煤器管束间飞灰颗粒撞击率的模拟研究

以顺列光管式省煤器为研究对象,针对不同横向管距和纵向管距的顺列光管管束以及不同速度、粒径的飞灰颗粒,利用CFD软件平台对省煤器管束烟气流场进行气固两相流数值模拟研究。通过数值计算,得出了烟气颗粒横掠顺列光管管束的运动规律。研究结果可为锅炉尾部顺列布置的卧式省煤器减轻磨损提供参考。     

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.     

Surface-particle-emulsion heat transfer model between fluidized bed and horizontal immersed tube

A mathematical model, surface-particle-emulsion heat transfer model, is presented by considering voidage variance in emulsion in the vicinity of an immersed surface. Heat transfer near the surface is treated by dispersed particles touching the surface and through the emulsion when the distance from the surface is greater than the diameter of a particle. A film with an adjustable thickness which separates particles from the surface is not introduced in this model. The coverage ratio of particles on the surface is calculated by a stochastic model of particle packing density on a surface. By comparison of theoretical solutions with experimental data from some references, the mathematical model shows better qualitative and quantitative prediction for local heat transfer coefficients around a horizontal immersed tube in a fluidized bed.     

DEM/CFD modelling of the deposition of dilute granular systems in a vertical container

Deposition of granular materials into a container is a general industrial packing process. In this study, the deposition behaviour of dilute granular mixtures consisting of two types of particles that were of the same particle size but different particle densities in the presence of air was numerically analyzed using a coupled discrete element method （DEM） and computational fluid dynamics （CFD）. Bilayer granular mixtures with light particles at bottom and heavy particles at top were first simulated. It was found that the presence of air significantly affected the flow behaviour of the bilayer mixtures. For the system with a relatively low initial void fraction, the air entrapped inside the container escaped through the dilated zones induced due to the friction between the powder bed and wall surfaces. The escaping air streams entrained light particles that were originally located at the bottom of the granular system. Consequently, these light particles were migrated to the top of the granular bed at the end of deposition process. More light particles were migrated when the deposition distance was increased. For the system with a high initial void fraction, some light particles penetrated into the top layer of heavy particles and created a mixing zone. Deposition of random mixtures with different initial void fractions was also investigated and the influence of initial void fraction on the segregation behaviour was explored as well. It was found that the increase of void fraction promoted segregation during the deposition in air. It was demonstrated that, for granular mixtures consisting of particles of different air sensitivities, the presence of air had a significant impact on the mixing and segregation behaviour during the deposition.     

颗粒物质在竖直振动U形管中迁移的离散元方法模拟

采用离散元方法对颗粒物质在竖直振动U形管中的迁移进行三维数值模拟。将数值模拟结果和实验进行对比,两者吻合良好。在此基础上,考察了摩擦对颗粒动力学行为的影响。结果表明,存在摩擦时,颗粒将发生迁移运动,使得U形管两分支内颗粒柱产生高度差,该过程伴随着颗粒对流现象;当颗粒与管壁间摩擦系数为0时,颗粒柱高度差在0附近波动,两分支内存在相似的颗粒对流;当颗粒与颗粒间摩擦系数为0时,颗粒柱高度差几乎保持为0,颗粒对流消失。研究还发现,存在摩擦时,U形管两分支内颗粒的竖直方向平均速度差异很大;当颗粒与管壁间或颗粒与颗粒间摩擦系数为0时,U形管两分支内颗粒的竖直方向平均速度存在一定的一致性。     

鼓泡流化床异质颗粒混合特性微观研究

开发了一种基于电容探针的稠密气固两相流中异质颗粒混合特性测试新方法。研究了鼓泡流化床内异质颗粒混合过程中微观混合比的变化规律,分析了流化床一系列位置处对流与扩散机制对于混合过程的作用规律及其微观机理。结果表明:随着流化床床层高度的增加,对流机制对于颗粒混合的作用先增大后减小;壁面处微观混合比随着混合时间出现小幅波动,主要表现出扩散混合行为;不同高度处颗粒达到混合平衡所需时间无明显差异,而壁面处颗粒达到混合平衡所需时间是轴线处颗粒混合时间的2倍左右;混合平衡状态下最终微观混合指数相近。     

制冷系统中水平管降膜式蒸发器内部流动数值模拟

采用FLUENT两相流VOF模型,对制冷系统中水平管降膜式蒸发器内部流场进行了数值模拟,研究了蒸发器内部蒸发管的不同布管方式对蒸发器内部流场的影响.计算结果表明:由于蒸发器入口制冷剂液体的滴落速度较小,而蒸发器内部气体流速相对较大且流场不均匀,因此导致液体垂直下落过程中受流场的影响较大;针对入口制冷剂流速不大的情况,预留水平的气流通道有助于改善蒸发器内部流场;较大宽度的气流通道有助于蒸发器内部流场的优化,该研究中满液式蒸发所占的比重较大,所以上部预留较小宽度,下部预留较大宽度有利于整体流场的优化.