气固并流上行流动中颗粒均匀分布的稳定性

对气固并流上行流动中颗粒均匀分布的稳定性进行了分析.以颗粒运动学理论为基础,推导了偏离颗粒均匀分布状态的小扰动方程,并给出在扰动波长和颗粒体积分数为参数的空间上系统稳定的范围.由此发现,在颗粒浓度不太高的情况下,系统对于短波扰动是稳定的,对于长波扰动则是不稳定的.在表观气速较高的情况下,颗粒均匀分布状态几乎对所有扰动波都是不稳定的.当颗粒浓度很低时,只有波长很大的扰动才会使系统失稳,颗粒在某种程度上能保持均匀分布状态.当颗粒粒径小于某一临界值时,随颗粒粒径的增大,颗粒能保持均匀分布的浓度范围将减小;当颗粒粒径大于某一临界值时,随颗粒粒径的增大,颗粒能保持均匀分布的浓度范围将增大.物质密度较低的颗粒能在较大的颗粒浓度范围内保持均匀分布状态.     

利用考虑壁面粗糙度的双流体颗粒-壁面碰撞模型模拟气-粒两相水平槽道流动

建立了考虑壁面粗糙度的双流体颗粒壁面碰撞模型．该模型包括壁面摩擦、恢复、特别是壁面粗糙度等影响碰撞的因素,因此体现了壁面上各方向Reynolds应力之间的相互转化、湍流动能从平均运动中得到能量以及壁面对运动的衰减作用,给出了壁面粗糙度对颗粒湍流的影响．将本模型应用于气粒两相水平槽道流动并用PDPA测量结果验证,结果表明,当前常用于颗粒相的零梯度边界条件和其他碰撞模型可能给出错误的结果,本模型则给出比较符合实际的结果．     

后台阶气固两相流动的PDPA实验

为了获得后台阶气粒两相湍流的流动特征,用相位Doppler粒子动态分析仪(PDPA)对其进行了实验研究。45μm颗粒速度几乎都大于相应位置上的气相速度,而脉动速度分布与气相相似,具有双峰结构。颗粒平均速度和脉动速度的分布在不同Re下是相似的,其流向脉动速度的最大值在7~8倍后台阶高度的流向距离之前,大致能够保持不变,但此后会显著减小,并在12倍后台阶高度的距离之后整个截面分布趋向均匀。随着Re的增大,颗粒相的回流区长度也逐渐变长。这些结果为认识颗粒相的流动规律以及发展和改进颗粒相数值模型提供了依据。     

水平肘管内气固两相流动特性的研究

本文通过对弯管内气固两相流动的数值计算,建立了固体颗粒在惯性离心力的作用下,从气流中向弯管外侧壁面分离的规律与斯托克斯准则数和颗粒在弯道内运动角度的关系.对水平肘管内气固两相流动特性进行了实验研究,得出在 R_0/d 分别为2和4、一次风速分别为15m/s 和20m/s、煤粉平均粒径为50～60μm、煤粉浓度为0. 2kg/m~3的工况下,当煤粉-空气混合物流过弯头的角度≥45°时,约有80%以上的煤粉颗粒沿弯管外侧形成一股高煤粉浓度的气流流出.这一结果与数值计算结果较吻合.实验与理论计算结果为开发煤粉浓缩燃烧技术提供了重要的理论依椐.     

湍流对气固两相流动中颗粒受力的影响

采用数值计算方法研究了流经静止球形颗粒的湍流流动。考察了不同湍流模型 (标准 k-ε模型、RNG k-ε模型和 Realizable k-ε模型 )对后台阶流动的计算结果的准确性 ,从中选取表现比较优越的 RNG k-ε模型对颗粒附近的湍流流动进行详尽的数值模拟。计算中湍流度取为 10 %～ 80 %之间 ,湍流尺度为 10 -5～ 4m。发现湍流尺度的变化对曳力系数的影响比较小 ,只是在小尺度条件下存在一定影响 ;而湍流度对颗粒曳力系数产生较大的增强作用 ,尤其在小颗粒Rep 条件下。得出的结论与以往文献不同 ,有待于更广泛的实验与理论方面的检验     

气粒湍流流动中考虑重力时颗粒的扩散

对气固两相后台阶流动,利用大涡模拟方法模拟气相场,轨道法模拟颗粒相运动。计算中气相亚格子模式(SGS)采用了标准的Smagorinsky模式。不考虑重力条件,研究了不同入口滑移条件下颗粒的扩散行为,表明颗粒扩散行为与连续相大涡运动行为存在差异。在此基础上深入研究了考虑重力条件时颗粒在流场中的扩散行为。该文工作为在细观框架下进一步研究气固两相相互作用奠定了基础。     

定常均匀流中颗粒均匀分布的稳定性

在双流体模型的框架下,对定常均匀流中颗粒均匀分布的稳定性进行了分析。给出了颗粒均匀分布的稳定性条件。研究了影响颗粒均匀分布状态稳定性的主控参数及颗粒均匀分布稳定的参数范围。讨论了颗粒碰撞恢复系数、颗粒初始体积分数对颗粒聚集的影响。发现随着颗粒Re的增加,系统将会由稳定状态转变为不稳定状态。在初始的颗粒体积分数小于0.015的情况下,系统对短波扰动是稳定的,对长波扰动是不稳定的。在颗粒初始体积分数高于0.015时,系统对短波扰动是不稳定的,对长波扰动则是稳定的。颗粒碰撞弹性恢复系数越小、颗粒初始体积分数越大,颗粒聚集现象越明显,只有在颗粒浓度小于0.0005的情况下,颗粒才不会出现聚集现象。     

旁路流对换热器壳侧气液两相流动特性的影响

针对工业中广泛应用的管壳式换热器,对壳侧旁路对气液两相流体流动特性的影响进行了试验研究。以Ishihara两相流动模型为基础,建立了以横掠管束的主流路为基础的错流区通用两相压降计算关联式。该关联式与实验结果吻合较好。并通过错流区分相流动模型,分析计算了主流路与旁路中气液分布情况,结果表明主流路和旁路中气液流量的分布是不均匀的;气液各自占相应总流量的比例在不同的流型下明显不同,且比例值的波动范围较大。     

正交射流燃烧器气固两相流动的数值计算

运用气相ｋ－ε模型和颗粒相化数方程模型对正交射流煤粉燃烧器气固两相流场进行了数值模拟，获得了该燃烧器内的气、固两相速度分布，颗粒质量流分布，并与实验值进行了对比，两者定性符合，同时，探讨了颗粒直径对颗粒混合的影响，得到了一些很有价值的结论。     

组合叶片式浓缩器气固两相流动的数值模型

采用数值模拟方法对煤粉浓度连中调组合叶片式浓缩器的气固两相流动进行了研究，提出了可同时实现高浓度和煤粉浓度连续可调的浓缩器优化结构及其尺寸，并研究了来流中颗粒浓度的影响。     

气固两相流能耗特性的试验研究

为了研究柱塞式气力输送气固两相流的能耗特性,对实际的工业气力输送系统进行1:1实验台改造,首先,确定影响能耗的几个关键因素为主进气阀流量、补气阀流量、助吹阀的流量及气源压力;然后,根据工程经验设计孔板大小范围,利用正交实验确立定量、定长和定物料的气力输送能耗的实验方法,分析了各因素对能耗影响的主次及各个因素下的最优解;最后,对实验结果进行了实际生产验证,得出了1 m3仓泵输送平均粒径为23 μm,松散堆积密度为800 kg/m3的粉煤灰,输送距离为315 m气力能耗的最小值为1263.58 kN·m,最佳气源压力为0.35 Mpa,进气流量孔板为DN15,补气流量孔板为DN5.助吹流量孔板为DN10.研究结果对柱塞式气力输送系统的工程设计、运行和理论研究提供重要依据.     

气固催化反应流动的CFD-DEM模拟研究

针对复杂气固催化反应流动系统,提出一种新的气固催化反应流动的模型框架,即CFD-DEM反应流模型框架,计算流体力学（CFD）方程用于描述气相的流动和传递行为,离散单元法（DEM）用于描述颗粒相的运动。结合石油催化裂化（FCC）过程,考虑颗粒间传热和气固相间传热模型、催化剂颗粒瞬态失活模型以及FCC过程的4集总动力学模型,建立完整的CFD-DEM反应流模型。应用所建模型模拟在不同剂油比操作下高2m,宽0.05m的二维提升管和下行式反应器内的FCC过程。由于能实时追踪各个催化剂颗粒的运动、传热和化学反应行为,模拟结果直接揭示了不同的流动结构和颗粒返混行为对反应器性能（如汽油、焦炭等产物的选择性）的影响。此外,方法论本身可推广至FCC过程以外的气固相催化或非催化过程的精细描述。     

气固两相射流瞬时速度场和浓度场的PIV研究

为深入了解气固两相流的瞬态特性,利用自行建立的粒子图像测速(PIV)系统对出口内径为10mm的气固两相自由射流流场进行了实验研究。将小粒子(粒径在1μm左右)和大粒子(粒径大约100μm)混合后,添加到气流中,应用PIV技术获得的图像,经处理后分裂成气相和固相两组PIV图像,通过数据处理后,得到了瞬时的气固两相速度场和固相浓度场的分布,同时对气固两相流动特性进行了分析,证实利用PIV技术可有效实现气固两相流的测量。     

一种气固质量流量检测方法的实验研究

介绍了热式多传感器信息融合的气固质量流量检测方法的实验研究情况;给出了实验系统方案和实验测量装置的硬软件设计,实验结果分析说明,该检测方法通过复合传感器可以同时测量气体流速,粉体浓度和各处温度,经过数据处理就可以测得气固质量流量。     

稠密气固流动中的格子-确定性轨道模型

为模拟稠密两相流动中颗粒间真实碰撞过程及降低计算量,提出了格子-确定性颗粒轨道模型.模型用Lagrangian轨道法求解颗粒运动,并通过空间格子划分减少碰撞判断的次数.利用该模型成功模拟了二维稠密气固两相流动中的颗粒聚集现象.结果表明,模型能在合理误差范围内极大降低计算量,例如计算量降低为原模型1/99时,相对误差为17%,为模拟大尺度和复杂工况稠密两相流动奠定了基础.     

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．     

负压差立管内气固两相流的气相流动特性

对负压差立管内气固两相流的气相流动特性进行了分析，并基于滑落速度与空隙率的线性关系，建立了立管内气相速度的计算模型，给出了气体流量与相关参数的关联式。分析结果表明，负压差立管内气固两相流中气体来源于出口端进入的流化床流化风和入口端下行颗粒夹带的气体。气流大小和方向的变化主要受颗粒质量流率和立管负压差的影响，存在一个气流方向改变的临界颗粒质量流率GSC。当颗粒质量流率GS〈GSC时，流态是稀密两相流态，气体上行，成分是上行的流化风；GS〉GSC时，流态是浓相输送流态，气体下行，成分是下行颗粒夹带的气体，这个气体量随颗粒质量流率的增加而增大。模型计算结果与实验数据一致。     

气固两相流速度及质量流量的静电测量法研究

介绍了一种气固两相流速度及质量流量的静电测量方法,实现了静电法在气固两相流速度及质量流量测量中的应用．通过特殊设计的静电传感器系统,利用气固两相流中固相微粒的荷电信号直接测量两相流的速度和质量流量．速度测量采用互相关分析的方法得到静电信号相移时间,计算出固相速度;通过实验确定静电传感器上静电信号电压有效值与已知两相流质量流量的关系,建立了系统电压一质量流量曲线．实验结果表明,静电测量方法可准确跟踪并测量气固两相流的固相速度,实现两相流的在线无损检测．     

磁流化床气固两相流动的数值模拟及实验验证

建立了床体为圆筒的磁流化床筒化数学模型。采用SIMPLEC算法对此类磁流化床床内的气固两相流动进行数值模拟,并对多种运行条件下床内气固两相流动的数值模拟结果进行分析,获得了磁流化床内气固两相在偏离或接近临界稳定区域的流化特性。通过用相对应的实验装置进行实验验证。结果证明：该简化的双相模型和SIMPLEC算法对磁流化床床内气固两相流场进行数值模拟具较好的适用性和准确性。