CFD simulation of fluidization quality in the three-dimensional fluidized bed

Multiphase computational fluid dynamics (CFD) has become an alternative method to experimental investigation on predicting the fluid dynamics in gas-solid fluidized beds. The model of Brandani and Zhang, which contains additional terms in both the gas- and solid-phase momentum equations, is employed to explore homogenous fluidization of Geldart type A particles and bubbling fluidization of Geldart type B particles in three-dimensional gas-fluidized beds. In this model, only a correlation for drag force is necessary to close the governing equations. Two kinds of solids, i.e., fine alumina powder (d_p=60 μm and ρ_p=1500 kg/m³) and sand (d_p=610 μm and ρ_p=2500 kg/m³), are numerically simulated in a rectangular duct of 0.2 m (long) ×0.2 m (wide) ×0.5 m (high). The results show good agreement with the classic theory of Geldart.     

基于欧拉多相流模型的流化床煤气化过程三维数值模拟

以欧拉多相流模型为基础,气相采用k-ε湍流模型,固相采用基于颗粒动理学理论封闭模型,引入传热、传质、煤热解、气化过程反应模型,建立了流化床煤气化过程的三维数理模型,该模型同时考虑了稠密气固流动和相内、相间的化学反应.对直径0.22m的流化床煤气化炉不同操作参数下的气化过程进行了三维数值模拟,获得了气化炉内气化产物的组分分布、温度分布及化学反应速率变化规律.模型的计算结果与实验结果进行了比较,结果表明:数值模拟与实验吻合较好,最小相对误差仅为1%左右,最大相对误差为20%左右,平均相对误差小于14%.     

MBBR工艺对制革废水进行深度处理的试验研究

采用MBBR工艺对制革废水进行深度处理,研究结果表明:MBBR工艺具有良好的生物硝化效果。由于制革废水中含有约200mg/L的难降解CODcr,这使得CODcr的总去除率只能维持在30%左右。当填料填充率为13.3%,CODcr填料表面负荷为1gCOD/m2·d,氨氮填料表面负荷为0.4gNH3-N/m2·d时,CODcr,NH3-N以及TN的去除率分别达到27.4%,79.1%和32.3%。     

植被护坡抗冲模型试验方法与装置研究

基于模型和原体草皮冲刷破坏时床面切应力和摩阻流速应该相等原理,研制了一套可用于模拟实际河道中的大流速冲刷水流,并测定冲刷过程中植被水力学参数的试验装置.理论分析表明,水槽设计高度对植被区的床面切应力值不存在主导性影响.试验测得的有机玻璃水槽和草皮表面曼宁糙率系数值,以及试验土壤起动流速结果证明所设计的试验装置和方法是合理可行的.在此基础上进行了植被护坡抗冲模型试验,得出了草皮护坡破坏的临界水流条件.     

基于DANS方程的粗糙床面明渠水力特性研究

基于双向平均NS方程(DANS方程)建立粗糙床面明渠水流数学模型,应用修正的S-A湍流模型对其紊流过程进行模拟,采用涡黏系数法计算明渠湍流在粗糙床面上存在障碍物时的形状应力,结果表明:形状应力在障碍物层以内不可忽略,而在障碍物上部,会迅速减小直至可忽略不计;速度值会随形状应力的增大而减小;障碍物顶部附近的雷诺应力也会因为形状应力的存在而有明显的减小。此外,针对障碍物孔隙率的研究表明:障碍物孔隙率的分布对速度、雷诺应力及形状应力等存在一定的影响,并且当孔隙率的分布越光滑时,其影响越小。     

冶金渣颗粒余热回收的实验研究

针对空气回收高温冶金渣粒余热存在的诸多问题,提出了采用自流床余热锅炉直接回收高温颗粒余热,用以生产蒸汽的技术路线.搭建了自流床余热锅炉换热实验平台,研究了换热管内水的雷诺数Re、渣粒流速和渣粒初始温度对余热锅炉换热特性的影响规律.通过实验发现:渣粒侧的换热热阻值为水侧换热热阻值的55~100倍,综合换热热阻的大小取决于渣粒侧换热热阻的大小,换热管内水的雷诺数Re对综合换热系数和热回收效率几乎没有影响;随着渣粒流速和渣粒初始温度的提高,渣粒换热系数和热回收效率均逐渐增加.     

高温厌氧膨胀床反应器处理木薯酒精废水试验

实验考察了厌氧膨胀床反应器(EGSB)处理木薯酒精废水的启动、运行和基质产沼气转化特性.结果表明,高温EGSB反应器接种中温颗粒污泥,需20d即可完成启动,反应器故障停运54d后进行二次启动的时间仅需10d.EGSB适宜的有机负荷是10~14kg·m-3·d-1(以COD计),稳定运行期间对化学需氧量(COD)的去除率在80%~90%之间,在标准状态下的产沼气转化率(BCR)为0.315m3·kg-1.试验期间反应器内的污泥颗粒化程度良好,直径2mm以上的大颗粒污泥增长迅速.260d时污泥挥发性悬浮固体(VSS)与总固体(TSS)质量浓度之比ρVSS/ρTSS由接种时的0.51变为0.84.启动和运行期,出水pH值随着COD去除率的变化而波动,可以通过系统出水pH大小来初步判断EGSB的运行状况.     

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.     

明渠减速流下床面摩阻流速研究

针对明渠非均匀流,采用立面二维数值试验的方法,并将雷诺应力垂线分布计算结果延伸至床面,以此计算减速流情况下床面摩阻流速,得到了不同壅水下床面摩阻流速的计算结果.研究表明:在壅水情况下,当流量和底坡相同时,壅水段摩阻流速随水深的增加而逐渐减小;在相同水深和底坡下,摩阻流速随流量的增加而增大;在相同流量和水深下,摩阻流速随底坡的增大而增大.为满足工程中计算的需要,根据数值试验结果拟合得到了明渠水流壅水情况下床面摩阻流速的实用计算式.     

泥沙输运与海床演变对曹妃甸港口工程的响应特征

采用Delft3D软件建立了波流共同作用下曹妃甸海域三维泥沙输运与海床演变数学模型,使用2012年实测潮流和含沙量对模型进行验证.运用验证后的数学模型对2012年曹妃甸工程的泥沙输运和海床演变进行模拟,从而分析泥沙输运与海床演变对港口工程的响应特征,得出以下结论:曹妃甸海域含沙量较低,小于0.2kg·m-3,呈现在平面上为西部高、东部低,滩地高于外海,在垂向上为由表层至底层增大的特点;甸头、西部滩地和东坑坨海域为主要冲刷区,西部深槽和东部老龙沟深槽为主要淤积区.海床一年的冲淤演变总体在0.5m以内,海床是动态稳定的,冲刷率和淤积率均是港口运行可接受的.