木屑-石英砂喷动流化床内流动特性研究

为了开发喷动流化床生物质裂解反应器，建立了一内径为150mm的有机玻璃冷模实验装置，在室温下进行了生物质(木屑)和石英砂混合物在喷动流化床内的流动特性研究。考察了木屑、木屑与石英砂混合物的喷动流化现象。结果发现在喷动流化床其它条件相同时，床层中相同的木屑量，随石英砂量的增加，木屑的循环量减少；而相同的石英砂量，随木屑量的增加，石英砂的循环量增加。最小流化速度实验值与计算值相比略小但相差不大，可用Ergun公式预测床层的最小流化速度，但不能用Muthur公式来预测最小喷动速度，这是由木屑与石英砂颗粒混合物的性质和床层结构特性决定的。随着喷动气速和流化气速的改变，可观察到床内粒子表现出八种不同的流动状态：固定床区、流化床区、局部喷动床区、流化一局部喷动床区、喷动床区、喷动流化床区、喷动垂直输送区、喷动流化垂直输送区。     

高碳铬铁粉冷态喷动流化特性试验研究

设计了喷动流化床试验装置,研究了不同物料粒径和物料质量的高碳铬铁粉冷态喷动流化特性,考察了最大床层压降、最小喷动流化速度、床层空隙率与物料特性之间的变化关系。试验结果和分析计算表明,在同样条件下,高碳铬铁粉在喷动流化床中的起始静床层高度大于最大喷动床床层高度时,物料才具有典型的喷动流化特征;物料密度、物料粒径是影响喷动流化形态的主要因素;最大床层压降随物料质量、物料密度的增加而增大,随物料粒径的增加趋于增大;最小喷动流化速度均随物料质量、物料粒径的增加而增大;床层空隙率随喷动流化气体流量的增加而增大,物料质量对粗颗粒物料的床层空隙率影响较大,对细颗粒物料的床层空隙率影响较小。根据高碳铬铁粉的冷态喷动流化特性和形态变化,得出了高碳铬铁粉混合物料的喷动流化床操作相图。     

大颗粒流化床内压力波动现象的仿真研究

应用离散颗粒模型对大颗粒气固两相流化床系统进行了仿真研究 ,在完全流态化条件下对压力波动现象进行数值模拟。结果表明 ,压力波动的范围和频率与流化床内两相运动状态密切相关。随着床内颗粒相湍动的加剧 ,压力波动不断加剧 ,床内压降随表观气流速度的增加略有减少。对大颗粒流化床压力波动的模拟为进一步研究流化床稳定操作提供了有力的依据     

大颗粒流化床内压力波动现象的仿真研究

应用离散颗粒模型大颗粒气固两相流化床系统进行了仿真研究，在完全流态化条件下对压力波动现象进行数值模拟。结果表明，压力波动的范围和频率与流化床内两相运动状态密切相关，随着床内颗粒相湍动的加剧,压力波动不断加剧，床内压降随表观气流速度的增加略有减少。对大颗粒流化床压力波动的模拟为进一步研究流化床稳定操作提供了有力的依据。     

喷动流化床气固流动特性的三维数值模拟

采用离散元方法（DEM）,在用欧拉方法处理气相场的同时用拉格朗日方法处理离散颗粒场,对喷动流化床煤部分气化炉内的气固流动进行了三维数值模拟．直接跟踪床内每一个离散颗粒,考虑了碰撞力、携带力、重力、剪切提升力和Magnus升力,颗粒碰撞采用软球模型．获得了喷动流化床典型操作参数下的流动结构、颗粒的受力、颗粒的速度分布、气体和颗粒的湍流强度等结果．结果表明,颗粒之间碰撞率随着喷动气速的增大而增大,随粒径的增大而减小,然而颗粒与壁面的碰撞率受喷动气速和粒径的影响不明显．颗粒的运动受重力、携带力和碰撞力主导,除喷动区与环形区交界外,Magnus力和Saffman力可以忽略．气体湍流强度是颗粒湍流强度的2～3倍,近壁面区的气体和颗粒的湍流强度均较小．     

流化床反应器内活性焦流动特性的模拟研究

本文基于双流体模型,对二维流化床反应器内活性焦在不同操作条件下的流体动力学特性进行了数值模拟研究。模拟结果发现,低气速高进料量条件下的管内压降最大,反应器内压降随管内固相容积份额的增加而增加。活性焦在反应器内的轴向固含率呈现出下浓上稀分布,证明了流化床内固相分布的不均匀特性。颗粒轴向平均速度受表观气速影响较大,流化床底部的颗粒速度较低,在气体夹带作用下沿床高方向逐渐增大。因此,设置合理的操作参数(表观气速和固体循环量),对提高流化床内的气固反应效率具有重要意义。     

颗粒相运动参数的光纤式高速摄影测量方法

介绍了一种用于测量稠密气固两相流颗粒相运动参数的光纤式高速摄影技术原理及其装置的构建方法.首先,将光纤内窥镜布置在流场内被卤素灯照亮的测量区域,与高速摄像机配合使用,获取颗粒群通过被测区时的运动视频,并对其进行图像预处理,使视频中的每帧图像清晰、无畸变;然后,采用颗粒特征识别算法提取每帧图像上颗粒的瞬时速度,并进行概率分布统计,得到表征颗粒流动特性的速度分布.利用该测量装置对一台截面直径为200 mm、高1 500 mm的三维喷动床进行了实验研究.测量结果表明,颗粒相垂直速度的径向分布曲线可以将颗粒在喷动床轴向截面上的运动特性分为A,B,C三个区域,其中A区与B区的分界点是颗粒相速度为0的点,也是喷动床内喷动区与环隙区的界面位置,这与相关文献的理论预测相吻合.     

基于CFD-DEM耦合并行算法的锥形喷动床内离散颗粒数值模拟

基于FLUENT软件的MPI平台,在二次开发框架内通过用户自定义函数文件实现了CFD-DEM耦合并行算法.该并行算法具有随CPU核数增加的较佳扩展性能和良好加速性能.通过构建空隙率标量场、重组基于局部平均并考虑气-固相互作用的气相控制方程,提高了气相控制方程的求解稳定性与收敛性;通过软球模型确定颗粒-颗粒及颗粒-壁面间的相互作用,以曳力模型为基础建立了相间相互作用关系.将该CFD-DEM耦合并行模型应用于锥形喷动床气固两相流动的数值模拟中,结果表明:该CFD-DEM耦合并行模型能较好地模拟锥形喷动床内气固流动行为;锥形喷动床内的颗粒流动经历了鼓泡阶段和稳定流态化阶段;在稳定流态化阶段,物料流动具有明显的周期性.基于锥形喷动床内颗粒相的瞬时速度场,获得了稳定流态化阶段颗粒的时均速度分布规律.     

基于颗粒尺度DEM直接数值模拟的喷动流化床颗粒运动特性

采用离散元方法,对喷动流化床内的气固流动进行了三维直接数值模拟.气相场采用欧拉方法,固相场采用拉格朗日方法;对每一个颗粒考虑了碰撞力、携带力和重力;颗粒碰撞采用软球模型;气固耦合采用双向耦合.模拟中跟踪了每个颗粒的运动,获得了颗粒轴向速度、平均速度、颗粒浓度和颗粒平均碰撞频率随操作参数的变化规律.结果表明喷动气速度、流化气速度、颗粒平均速度、颗粒浓度和颗粒平均碰撞频率存在关联性:喷动气速度增加,颗粒在喷射区和环形密相区的平均速度增加,浓度减小,平均碰撞频率减小;流化气速度增加,颗粒速度、浓度和碰撞频率与喷动气速度增加具有相同的变化规律,但环形密相区的变化更为明显.     

喷动流化床流动特性的数值模拟

本文在实验研究的基础上,建立了喷动流化床流动特性的三维湍流数学模型。该模型可揭示气固两相喷动流化床的流动特性,弥补实验手段的不足。模型的气相流场采用欧拉方法,固相颗粒场采用离散单元直接数值模拟的方法,并以SIMPLE算法为基拙,对模型进行了求解。     

喷动流化床射流穿透度智能拟合

在三维冷态试验台架上对喷动流化床射流穿透度进行了实验研究,得出了射流穿透度随喷口尺寸、载气密度、喷动气速的增大而增大,随静止床高、颗粒尺寸、颗粒密度、流化气率、载气黏度的增大而减小的结论.在实验研究的基础上利用最小二乘支持向量机对射流穿透度与喷动流化床主要设计参数之间的数值关系进行了智能拟合,并利用自适应遗传算法优化了最小二乘支持向量机的初始参数.通过15个预测样本的检验,最小二乘支持向量机模型的预测平均相对误差减小至4.0%,其性能大大优于常用的经验公式以及神经网络.     

烧结矿余热回收竖罐内气体流态的实验研究

采用对Ergun型方程无量纲化的方法对气体通过烧结矿床层的流态进行了研究,考察气体表观流速、烧结矿颗粒直径和床层空隙率对床层内气体压力降的影响,进而探讨床层内临界颗粒雷诺数随颗粒直径的变化规律.研究结果表明:当颗粒直径一定时,床层内单位料层高压力降随气体表观流速的增大呈二次方关系增大.当气体表观流速一定时,单位料层高压力降随颗粒直径和空隙率的增大呈指数关系衰减.床层内临界颗粒雷诺数随床层几何因子的增大呈指数关系减小,且临界颗粒雷诺数实验预测公式的平均计算误差在5%以内,显示了良好的预测性能.     

导向管喷动流化床流动特性研究

在内径５０ｍｍ的冷模装置内，考察了喷动气和流化气流速、固体粒子加入量及导向管位置对床层流动特性的影响。发现喷动气的旁路现象对粒子循环速率、中心喷泉高度及床层压降都有显著影响。流化气的引入，可抑制喷动气的旁路趋势，促进了粒子的循环。还得出了计算粒子循环速率及喷泉高度的关联式。     

基于Ergun方程的菱镁球团填充床层阻力特性实验

菱镁球团重烧竖炉内的气流流动分布较为复杂,获得料层阻力特性规律是开展竖炉内气体流动及气固换热过程研究的基础.从颗粒填充床的气体动力学出发,以Ergun方程为基础,首先系统测量了菱镁球团颗粒关键宏观特性——粒径分布、密度、球形度及空隙率;通过冷态实验修正了Ergun方程中黏性阻力系数和惯性阻力系数,获得了适用于描述菱镁球团床层阻力特性的关系式.结果表明:球形度及空隙率均随颗粒粒径的增加而增加;单位料层压降随气体流速的增加而增加,且增长趋势逐渐加剧,反之随着颗粒粒径的增加而减小.     

气液固三相逆流湍动床流体动力学特性的三维数值模拟

基于多相流欧拉模型,应用计算流体动力学（CFD）软件Fluent 6.3,数值模拟了轻颗粒流、液体间歇方式进料的三维气液固逆流三相湍动床的流体动力学特性,考察了床内颗粒的轴径向速度和固含率分布规律。模拟发现：床内颗粒流化时存在颗粒的汇集行为;颗粒由床中心向壁面运动,中心附近颗粒径向速度大,壁面附近颗粒径向速度小;颗粒轴向速度分布不均匀,呈＂两头小中间大＂的趋势;固含率壁面附近高,中心附近低,并随轴向高度增加而减小;床内平均固含率随表观气速或液体黏度的增加而减小。     

渣油加氢微膨胀床反应器中的气液流动状态及床层膨胀率

在常温常压下用模拟渣油和模拟氢气近似模拟了微膨胀床渣油加氢处理反应器内的气液流动状态,考察了催化剂粒径和堆密度、虚拟气液流速以及催化剂装填高度对催化剂床层膨胀率的影响。实验结果表明:大粒径、低堆密度的催化剂床层膨胀率较高;虚拟气速与床层膨胀率关系曲线上存在拐点,拐点值随催化剂装填高度增加而增大;虚拟液体流速对催化剂床层膨胀率影响较小;在工业操作条件下,微膨胀床渣油加氢处理反应器的催化剂床层膨胀率小于10%;催化剂装填高度对床层膨胀率有明显的影响,催化剂装填量较大时,需要采用较高的气油比才能保证催化剂床层处于微膨胀状态。     

未燃煤粉在填充床内的分布及对料柱压差的影响

为揭示未燃煤粉在高炉块状带的分布及其对块状带压差的影响,利用冷态填充床模型研究得出,空塔流速对填充床中气流压差具有较大的影响,随空塔流速的增加压差呈线性增加·本试验条件下,空塔流速每增加10m/s,压差将增加037kPa/m;填充床内未燃煤粉积蓄量越多,压差增加越大,当积粉量为60kg/m3,压差将增加25kPa/m;局部的过量积粉可能导致悬料