Texaco气流床煤气化炉内气固两相流动的数值模拟

应用Eulerian-Lagrangian方法对国内某工厂实际运行的Texaco气流床煤气化炉内气固两相流动进行了模拟.采用Realizable k-ε模型计算炉内复杂气体湍流运动,应用颗粒轨道模型追踪煤粉颗粒在湍流气流中的运动轨迹.通过数值计算取得了炉内气相速度矢量、颗粒运动轨迹、颗粒碰撞壁面并沉积于壁面的沉积通量和颗粒在炉内的停留时间分布.揭示了该气化炉的气固两相流动特性,并分析了运行工况对壁面沉积通量分布的影响规律.结果表明:气化炉内的气体流场存在回流,回流延长了颗粒在气化炉内的停留时间,颗粒沉积通量最大的位置为筒体段下部和锥体段上部; 绝大部分颗粒在气化炉内的停留时间在5 s以内,气体流量降低时颗粒在炉内的停留时间减少.     

多喷嘴对置式煤气化炉内气固两相流动及壁面沉积

对我国具有自主知识产权的多喷嘴对置式煤气化炉内的气固两相流进行了数值模拟分析.在合理简化和假设基础上建立了基于Eulerian-Lagrangian模拟方法的炉内气固两相流动模型,采用Realizable k-ε模型描述炉内复杂气相湍流运动,应用颗粒轨道模型随机追踪煤粉颗粒在湍流气流中的运动.通过数值计算获得了炉内气固两相的速度矢量、颗粒分布、颗粒运动轨迹,以及颗粒碰撞并沉积于壁面的通量分布.揭示了该型气流床煤气化炉内气固两相流动特征,并分析了入口速度和炉体上部高度对气固两相流动和颗粒在壁面沉积的影响规律.结果表明:对撞流显著增强炉内气固流动湍动,强化气固相互作用,并使煤粉颗粒在炉内有效分散,有利于化学反应高效进行;在喷嘴入口及顶部的壁面处颗粒沉积率较大.     

滴头壁面形貌对微颗粒与壁面黏附特性的影响

为了研究在含沙滴灌条件下,灌水器迷宫流道内壁面形貌对灌水器内流动特性以及流道内颗粒-壁面黏附的影响,以详细分析灌水器的堵塞机理,对不同形貌的矩形流道进行了水力性能测试实验,并利用粒子图像测速(PIV)平台对灌水器流道内颗粒-壁面黏附进行可视化实验,结合计算流体动力学的方法对其流场进行了数值仿真计算.研究结果表明:壁面粗糙元(高度为流道水力直径的10%)使得流道的阻力系数显著增大,即在同一工作压力下灌水器的出口流量变小;粗糙元改变了流道内沙粒浓度的分布,且粗糙元附近的沙粒速度较低,粒子与壁面碰撞后更容易黏附壁面,使得灌水器流道更容易堵塞.     

600MW机组锅炉管排偏斜引起的磨损模拟分析

以商用软件Fluent为平台,运用用户自定义函数(UDF)模拟分析600 MW机组锅炉低温再热器管排发生偏斜对气固两相流场分布、飞灰运动轨迹、碰撞速度等的影响,进一步研究飞灰碰撞造成的管束磨损分布.研究结果表明:当管排偏斜角从1.6°增加到6.5°,管排通道内最大气流速度由16 m/s增至20 m/s,最大飞灰质量浓度由5.8 g/m3增至6.8 g/m3.同时颗粒平均碰撞速度增大,较多颗粒平均碰撞角集中于最大磨损发生角附近,造成偏斜管束年磨损量有较大增加.     

喷粉透气砖狭缝内气--固两相流动数值模拟

狭缝型喷粉透气砖是铁水底喷粉脱硫预处理工艺重要功能性元件,对底喷粉脱硫工艺的顺利实施影响重大.结合实际应用情况,基于欧拉-欧拉双流体和颗粒动力学理论,对喷粉透气砖狭缝内气-固两相流进行了三维数值模拟,得到狭缝内的流场、压力场和颗粒相体积分数场分布.喷粉透气砖狭缝内颗粒相体积分数非均匀段长度一般为250 mm,加速段长度一般小于250 mm,在颗粒直径为20μm时单缝内的压降最大,为2350 Pa.工业试验结果表明,底喷粉工艺脱硫效率比同类型顶喷粉工艺提高15%以上.     

工业炉旋风预燃器煤粉颗粒运动轨迹Q

在预燃器冷态模型流场内,考虑气流曳引力、重力和Magnus旋转升力,建立颗粒的运动微分方程,并考察颗粒与壁面相互碰撞过程.采用龙格库塔法进行数值求解,得到了不同粒径的颗粒在4种流场工况中的运动和停留时间.经计算,还可得出以下结论.(1)颗粒的运动轨迹主要受气相流场分布、颗粒粒径和颗粒初始速度等因素的影响.(2)颗粒粒径较小时,可以忽略升力和重力的影响.但大颗粒与壁面碰撞后,必须连同考虑颗粒旋转及Magnus升力的作用.(3)选择合适的入口一二次风量比(Q2／Q1)和颗粒的初始速度,可延长颗粒在预燃器内的停留时间,能分离大于30μm的颗粒.该结果能为粉煤旋风预燃器的优化设计提供理论依据.     

工业炉旋风预燃器煤粉颗粒运动轨迹

在预燃器冷态模型流场内，考虑气流曳引力、重力和Magnus旋转升力，建立颗粒的运动微分方程，并考察颗粒与壁面相互碰撞过程，采用龙格库塔法进行数值求解，得到不同粒径的颗粒在4种流场工部中的运动和停留时间，经计算，还可得出以下结论。⑴颗粒的运动轨迹主要受气相流场分布、颗粒粒径和颗粒初始速度等因素的影响。⑵颗粒粒径较小时，可以忽略上升力和重力的影响，但大颗粒与壁面碰撞后，必须连同考虑颗粒旋转及Magnus升力的作用。⑶选择合适的入口-二次风量比（Q2/Q1）和颗粒的初始速度，可延长颗粒在预燃器内的停留时间，能分离大于30μm的颗粒，该结果能为粉煤旋风预燃器的优化设计提供理论依据。     

反循环钻进中水龙头弯管磨损数值模拟

针对反循环钻进中水龙头弯管磨损失效问题,应用计算流体动力学方法对水龙头弯管内气固两相流场进行数值模拟,研究弯管内岩屑颗粒的运动轨迹及壁面磨损分布,并进一步分析岩屑特性对壁面磨损的影响.研究结果表明:气固两相流经过弯管时,岩屑与壁面在弯管30°,90°和150°转角位置存在碰撞集中区,对应形成3个壁面磨损区,其中30°转角位置磨损最严重,形成刺漏点;此外,岩屑颗粒特性对弯管磨损存在影响,随颗粒速度或质量流量的增大,弯管磨损速率显著增大;随颗粒直径增大,磨损速率先增大后减小;颗粒密度对弯管磨损影响不明显.     

含微小颗粒气流横掠圆管束表面的沉积特性

基于欧拉-拉格朗日粒子追踪模型和干燥粒子的沉积机制,采用Fluent-CFD软件和自编微粒沉积用户程序对含微小颗粒的气流横掠3×3阵列圆管束表面的粒子沉积特性进行数值研究。研究结果表明:随着粒径或进气气流速度增加,颗粒在管束表面的碰撞率增加,但黏附率降低;管排方式对小粒径颗粒影响较小,对大粒径颗粒影响较大;当粒子直径达到某一值后,尽管对壁面的碰撞能力加剧,但几乎不形成沉积。     

两段式气流床煤气化炉内熔渣壁面沉积数值模拟

为了研究我国自主研发的两段式干煤粉气流床气化炉内熔渣壁面沉积规律,对该气化炉进行了三维数值模拟.在合理假设的基础上,建立了基于Eulerian-Lagrangian模拟方法的炉内湍流多相反应流动模型,采用Realizable k-ε模型计算炉内气相湍流流场,应用颗粒轨道模型随机追踪煤粉颗粒在湍流气流中的运动与壁面沉积过程.通过数值计算获得了炉内气相流场、煤粉颗粒运动轨迹及其浓度分布,以及熔渣颗粒在炉膛壁面上的沉积率分布,揭示了该炉型内熔渣颗粒壁面沉积特性,并分析了不同进料方式对熔渣壁面沉积的影响规律.结果表明:两喷嘴对置进料使得熔渣主要沉积在喷嘴高度处两喷嘴之间的壁面上;四喷嘴对置进料使得一段壁面熔渣沉积率高于两喷嘴进料时的熔渣沉积率,且沉积率在圆周上的分布更加均匀,有利于形成均匀渣层对壁面进行有效保护;四喷嘴切圆进料使得炉内几乎所有熔渣颗粒都沉积在炉膛壁面上,且停留时间较短.     

粉末材料压制过程的DEM分析

应用离散单元法(DEM)研究了粉末材料在开口容器中受到刚性凸模压制时的流动特点,获得了压制过程中颗粒的运动轨迹、运动速度以及粉末密度分布等重要信息;总结了几种典型的粉末流动模式,并在相关实验中得到了印证,说明了应用DEM分析具有强剪切行为的粉末流动是可行的,结论可供粉末冶金工艺和模具设计人员参考.     

有限空间风沙流动数值模拟及边界条件问题

采用Euler方法的双流体模型和颗粒动理学方法对二维风沙气固两相流动进行了数值模拟,研究不同边界条件下的气固两相速度与浓度分布以及进口条件下的风沙流动。结果表明,对边界为固体壁面的流动,沙粒边界条件对其浓度分布有严重的影响,必须计及能量平衡和沙粒速度滑移效应,体现为沙面上的沙粒起动和碰撞特性;进口效应的存在使得在较短的距离内不能获得合理的流动结构,要求根据实验给出准确的进口条件,或者计算域有足够的长度,使流动结构不受进口效应的影响。     

循环流化床中颗粒团浓度沿轴向的分布

循环流化床中存在分散固体颗粒的连续上升气相和相对紧密的颗粒团两部分．颗粒团聚物对气固两相流动、传热和反应等行为有重要影响．通过拟Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ动力学理论研究循环流化床中聚团流动的颗粒数份额沿轴向床高的分布,分析和讨论了气体表观流速、固体循环率等对聚团流动的颗粒数份额沿轴向分布的影响．所得结果可为深入研究循环流化床内气固传热传质和反应模型提供理论基础．     

喷砂机模型气固两相流数值模拟及PIV实验验证

喷砂机内部颗粒撞击壁面是其失效的主要原因.为研究喷砂机内颗粒的运动规律，使用EDEM-Fluent耦合方法计算分析喷砂机模型内部气固两相流动特点.采用粒子图像测速(PIV)法，测量喷砂机内部颗粒运动情况以验证模型的有效性.结果表明:高速气体进入喷砂机后，在内部轴截面上产生一个带动底部颗粒运动、随时间逐渐稳定的主要漩涡，水平面上形成一个位于几何中心的漩涡；颗粒在入口气体的带动下，被吹起的高度逐渐稳定，运动速度是邻近气流速度的 8%～10%；模拟结果和实验结果的局部误差和整体误差均小于10%，表明耦合计算方法是切实可行的.     

等离子熔射ZrO2粒子飞行状态

在熔射过程中．粉末粒子的温度、速度、空间分布等是影响沉积效率和熔射质量的直接因素．文中以等离子熔射ZrO2粉末为例．利用CCD技术和双比色原理．对粒子飞行特性进行在线检测．采用正交实验方式，研究氩气流量、氢气流量和工作电流对粉末粒子的温度、速度的影响规律．结果表明，氩气和氢气的流量分别是影响粒子速度、粒子温度的主要因素，而电流变化对粒子温度、速度也有一定影响．     

复吹转炉底吹喷粉的物理模拟

建立了底吹喷吹石灰石粉的冷态模型:用水模拟钢水,用浸盐的空心Al2O3模拟石灰石粉,用真空泵油模拟炉渣,研究了复吹转炉底吹喷粉的重要参数粉剂分布和粉剂穿透比.考察了不同底吹布置条件下的粉剂分布,利用图像处理法确定了最佳的底吹布置方式.在最佳底吹布置方式条件下,考察了不同固气比和粉剂粒度对粉剂穿透比的影响;结果表明穿透比随固气比和粉剂粒度的增加而增加,确定了实验条件下最佳固气比为30~40,粉剂粒度为0212~0380mm.     

单帧单曝光图像法对粉雾剂粉末模型分散效果的研究

利用单帧单曝光图像法(SFSEI),从相互垂直的2个方向分别对不同流量的气流分散作用下的粉雾剂粉末模型的分散粒径(及粒径分布)和颗粒速度(及速度分布)进行测量;将结果与激光衍射法、数值模拟法进行比较;分析了SFSEI法在粉雾剂分散效果测量中的适用性。研究结果表明:实验中颗粒统计数量在750以上时,所得平均粒径和平均速度结果无明显差异;对于实验条件和流道结构,竖直方向拍摄比水平方向拍摄得到的结果更接近激光衍射法和数值模拟的结果;同时,颗粒速度的测量会受粒径大小的影响。使用SFSEI方法时应尽可能减少离焦颗粒比例以提高测量精度,在气体流量较低的情况下更易于实现较高的测量准确性。     

狭缝射流冲击柱状凸形表面流动换热特性

采用数值方法研究了狭缝射流冲击柱状凸形表面的流动换热特性,通过四种湍流模型计算结果与实验数据对比,确定了湍流模型适用性.以压力梯度分布为依据,重点分析了狭缝射流沿柱状凸形表面的流动结构和边界层分离特点及柱状凸形表面的强化换热特性.结果表明:RNG k--ε和Realizable k--ε模型具有预测适应性;狭缝射流冲击至柱状凸形表面,气体沿表面运动,速度降低,并在流动下游发生边界层分离;量纲一的逆压梯度随量纲一的曲率半径(D/B)的减小而增大,使得边界层分离更早出现;驻点区域换热Nu随量纲一的曲率半径(D/B)的减小而获得增强,但流动进入下游后,D/B对换热基本无影响;压力梯度是影响狭缝射流冲击柱状凸形表面换热分布的重要因素.     

风沙流中基于宏观颗粒模型的沙粒浓度分布

风沙侵蚀是造成土地沙化和干旱区地貌的主要原因,其中沙粒的浓度分布是研究输沙量、颗粒碰撞、风沙流结构等特征的主要影响因素,也是了解颗粒碰撞过程和风沙两相流耦合过程的重要研究内容。为了考虑沙粒与气流的力平衡、阻力和扭矩的变化、碰撞及摩擦等影响,运用了一种新的宏观颗粒模型(macroscopic particle model, MPM)研究沙粒在气流中的运动。与前人研究结果进行比较后发现,宏观颗粒模型在不需要任何附加模型的前提下,能实现风沙两相耦合的准直接数值模拟,根据沙粒运动速度云图所示的风沙流运动状态的不同,沙粒浓度的垂向分布会出现结论不一致的现象。颗粒流系统的内在非线性是造成风沙流运动状态不均匀、不一致的主要因素。数值模拟结果表明,利用MPM模型中的离散颗粒追踪、颗粒速度和位置等信息能够研究多相流条件下的风沙运动机理。