鼓泡流化床中动态行为的离散模拟

运用颗粒运动分解模型对多孔分布板中的气泡行为及鼓泡流化系统中颗粒运动对初始条件的敏感依赖性进行了模拟．结果表明,与拟流体模型及现有离散型模型相比,直接从颗粒／颗粒及颗粒／流体相互作用的特点出发所建立的颗粒运动分解模型具有模拟真实、适用面宽的优点。     

液态锂铅合金鼓泡器的气泡行为数值模拟

 液态金属包层的氚燃料循环是实现聚变堆、聚变-裂变混合堆正常运行的核心技术之一。氚燃料循环系统由氚净化、氚提取、氚储存、氚测量、氦/水冷却、氚回收等子系统构成,而液态金属鼓泡器位于包层主回路与氚提取系统之间,具有氚在线监测与氚去除的重要功能,是不可缺少的关键部件。由于氢同位素在液态锂铅中的极低溶解度和液态合金的高温、活泼、物理等特性,鼓泡器的研制十分困难。为完成液态锂铅合金鼓泡器（LLLB）的设计与建造,采用流体力学方法建立了描述气泡直径与粒度分布、气含率特征等动力学行为的代数模型。数值模拟结果表明,床层气含率和稳定气泡粒度分布均不受喷嘴孔径的影响;低气速下气泡破碎远快于气泡的聚并,绝大部分初始气泡直径大于最大稳定直径,其破碎后的直径取决于最大稳定气泡直径的大小;气泡比表面积和传质表面积增大的主要因素是气泡直径分布的变化。     

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.     

浮选三相流中气泡运动特性的数值模拟

为获取浮选气泡在矿浆中的运动规律及三相流中浮选气泡的最佳尺寸,运用欧拉模型模拟不同初始直径的气泡在不同密度矿浆中的运动过程.结果表明：在给定的初始条件下,同一浓度的矿浆中,单个浮选气泡所能捕获的矿物量以直径4 mm的气泡最多,气泡尺寸增大或减小后,其矿物捕获量都有所减少.当矿浆中固相质量分数在20%~40%之间变化时,矿物捕获量最多的气泡尺寸变化不大,并且随着矿浆中固相质量分数的增大,单个气泡的捕获量增大,矿物粒子回收率增加.在实际生产中,直径为3.5~4 mm的中等大小气泡在运动过程中变形程度小,气泡水平偏移及浮升速度适中,对矿物粒子的捕获率及运载能力和浮升能力较强,有利于提高浮选产量和质量.     

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．     

液态金属熔体中气泡运动特性数值模拟

为了揭示高温液态金属熔体中气泡运动规律及其彩响因素,应用VOF方法对单个气泡在液态金属中的运动特性进行了数值计算,得到了与实验数据相符合的气泡变形及上升速度规律;分析预测了表面张力对气泡变形过程的影响及单个气泡在液态铝熔体中的运动轨迹．结果表明,气泡的变形随着奥托斯数的减小而减小;其运动规律是呈螺旋式上升的,容器半径越小、气泡越小,气泡的摆动幅度越大．     

CuO/Al2O3作为载氧剂的流化床化学链燃烧数值模拟

以欧拉-欧拉双流体模型和气固非均相化学反应动力学为基础,嵌入了气固化学反应速率方程和反应内热源项的UDF(自定义函数)程序,对化学链燃烧燃料反应器——鼓泡流化床内气固两相流动及化学反应过程进行了数值模拟,并分析了甲烷进气速度对床内气固两相流动、传热及化学反应速率的影响.结果表明:随着甲烷进气速度增加,床内气固混合更加剧烈,气泡的产生、碰撞和破碎使得气固分布不均,流化质量下降,导致反应器内化学反应速率以及温度分布不均,床内局部存在的高温区域将使颗粒温度过高而烧结,降低了甲烷燃烧效率.     

烧结烟气鼓泡脱硫的三维数值模拟

对钢铁行业烧结工序的烟气脱硫过程进行了数值模拟研究,以220 m2烧结烟气脱硫塔为模拟对象建立了鼓泡脱硫塔气液流动与脱硫反应耦合的三维数理模型,考察了Ca(OH)2浓度、表观气速、入口烟气温度、入口烟气SO2浓度对烟气中SO2脱除率的影响.以表观气速0.11m/s、入口烟气温度418 K、入口烟气SO2浓度1 600 mg/m3、Ca(OH)2浓度0.614 mol/L、浆液温度323 K为基准工况,逐一改变单个运行参数.研究结果表明:当Ca(OH)2摩尔浓度为0.1~0.614 mol/L时,脱硫率随浆液中Ca(OH)2浓度的增加显著增大;当表观气速为0.07~0.21m/s时,脱硫率随流速的增大而降低;当入口烟气温度为370~445 K时,脱硫率随温度的增大而降低;当入口烟气SO2浓度为2 000~2 400 mg/m3时,脱硫率随入口烟气中SO2浓度的增加有所降低.     

水下排气气泡运动特性及其数值模拟研究

通过对水下排气气泡的受力分析,建立了一个工程实用的水下气泡运动数学模型．通过对模型的求解,获得水下气泡运动特性,发现气泡在脱离其出口后,在很短时间内即向上运动,且铅垂方向速度很快达到一定值,但有较小波动,水平各向速度很快趋于零。     

流化床内煤燃烧的传热过程DEM数值模拟

采用离散单元法（DEM）对流化床内煤颗粒燃烧过程中的传热过程进行了数值模拟．气相湍流采用融e模型,颗粒相采用离散单元法（DEM）．颗粒传热过程考虑了颗粒与气相的对流传热、颗粒与床层的辐射传热、煤颗粒的燃烧热以及颗粒碰撞传热;燃烧过程中化学反应包括焦炭与O2和CO2的异相反应、挥发分燃烧及CO和O2的均相反应．模拟得到了煤颗粒的加热升温和燃烧过程中各种热量对煤颗粒传热的贡献大小,并对不同颗粒刚度系数、考虑颗粒旋转与不考虑颗粒旋转以及不同颗粒摩擦系数对各种传热量的影响敏感性进行了模拟．     

用光纤探头测定流化床中气泡的特性

使用以光导纤维联机的光纤探头在线检测系统,同时测得鼓泡气固流化床反应器内的气泡刺穿长度、气泡直径、气泡上升速度、气泡频率、气泡分率及气泡内固体含量等参数。并由此关联出粗颗粒系统的新的气泡直径关联式。     

不等粒径流化床的硬球模拟

实际工程中,气固流化床中固相颗粒的直径满足一定的分布规律,但近年来颗粒轨道模型的研究中颗粒直径并不满足一定的分布规律.基于颗粒轨道模型,提出了粒径服从均匀分布（正态分布）的硬球方法;改进了颗粒碰撞搜索技术;模拟了单孔、双孔、三孔分布板中气泡的形成、上升、破裂过程以及流化床中的节涌现象;研究了粒径分布不同时,固相颗粒的速度分布规律.研究结果表明：分布板的结构对气泡行为有明显影响;宽粒径分布的颗粒轴向速度大于窄粒径分布的颗粒轴向速度.     

基于数值模拟法的SF6充气柜焊接顺序优化分析

本文采用有限元软件ANSYS的ACT插件Moving-Heat-Flux,添加多段高斯移动热源对SF6充气柜单条焊缝、多条竖向焊缝、顶盖焊接不同焊接顺序下的焊接变形进行数值模拟。通过实验对比10次现场焊接下的变形基本与模拟结果相同,得出SF6充气柜柜体焊接模拟的准确性。焊接模拟结果表明：不同焊接顺序的焊后变形有明显差异。对于单条竖向焊缝,采取自上而下的焊接方式,使变形减少12.4%;对于四条竖向焊缝,采取焊缝A→B→D→C的焊接顺序,使变形减少17%;对于顶盖的焊接,焊缝abcd采用逆时针、顺时针、逆时针、顺时针的焊接方式,使焊接变形减少4.2%,得出通过优化焊接顺序可以有效地控制SF6充气柜的焊接变形,为实际焊接生产提供了合理的理论依据。     

Numerical Simulation and Analysis of Residual Stress in Machine Tool Bed Casting

ＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＲｅｓｉｄｕａｌＳｔｒｅｓｓｉｎＭａｃｈｉｎｅＴｏｏｌＢｅｄＣａｓｔｉｎｇ￥ＸｉｏｎｇＳｈｏｕｍｅｉ，ＬｉｕＢａｉｃｈｅｎｇ，ＺｈｕＲｉｍｉｎｇ，ＧａｏＹｉｎｇ熊守美，柳百成，朱日明，高...     

内循环流化床颗粒流动特性的数值模拟

采用离散单元法分析了非均匀布风方式下流化床内的气固流动特性.数值模拟结果表明:床内存在大尺度的颗粒横向循环流动;高风速区为气泡活跃区域,气泡尾涡裹挟颗粒上升是形成内循环的关键环节;供风非均匀程度越大,颗粒内循环力度越强烈;改变风速,颗粒流量变化显著;倾斜布风板设计有利于促进颗粒定向循环过程.     

变径液固流化床单个颗粒运动模拟

变径液固流化床内单个颗粒运动过程的研究对整个流场分析具有重要的作用.通过Fluent-EDEM耦合计算,对变径液固流化床内单个颗粒运动行为进行了数值模拟.结果表明:不同密度颗粒进入分选区后,分别具有不同的运动轨迹,能够实现按密度分离,模拟分选效果较好;不同密度颗粒轴向速度表现为先是在短时间内迅速增加,达到一定速度后,开始逐渐减小趋势;将模拟所得单个颗粒轨迹与轴向速度值分别与高速动态拍摄所得值比较,吻合较好.     

大颗粒流化床传热数值模拟与气固传热模型比较

采用欧拉-欧拉模型对GeldartD类颗粒气固流化床的非定常传热过程进行了模拟,比较了包括Gunn模型在内的6种不同的气固传热系数模型.通过模拟二维流化床发现,基于6种气固传热模型得出的平均壁面传热系数与文献的实验关联式相差不大,但是6种模型给出的局部气固传热系数呈现较大的差别,其原因在于不同模型中的两个主要影响参数颗粒雷诺数和床层空隙率的贡献不同.比较了6种气固传热模型之后,采用Gunn模型对D类颗粒的流化床进行了模拟和分析,结果表明:尽管存在较大的气泡和一定程度的腾涌,D类颗粒流化床可以实现稳定的流化.从流化床内的温度分布的演化来看,D类颗粒流化床的传热均匀性不存在问题,较大的颗粒直径和较大的气泡并未造成传热问题.     

脉动流化床气泡特性的研究

为了研究脉动流化床气泡特性,对流化床内气泡的特性进行了二维冷态模拟实验．利用摄像机捕捉流化床气固瞬间的流动状态,通过对图像进行分析,比较了脉动流化床和传统流化床内气泡尺寸,探讨了气泡平均上升速度和气泡尺寸受脉动参数和物料特性的影响．从实验可知,脉动气流可以抑制大气泡的形成,促进气固间的接触,且气泡的平均上升速度随脉动频率的增加有降低的趋势．     

液-液循环流化床传热与制冰特性数值模拟

提出一种新型的液-液循环流化床动态制取流体冰方法,该方法采用水在另一种非相溶载冷液体中雾化形成细小水滴,水滴的运动主要受载冷液体的携带作用,水滴在循环流化床内流动过程中两相直接接触换热,水滴冻结实现制取颗粒流体冰目的.针对水雾化成水滴后循环流化床内水滴、载冷液体、冰颗粒所构成的三相系统,基于欧拉-拉格朗日方法,建立了颗粒轨道模型,模型考虑了相间能量、动量耦合.根据所建立的模型,对循环流化床内的多相流动与传热过程展开研究,获得了循环流化床运行参数对制冰过程的传热量和制冰量的影响规律,所得结果为定量预测液-液循环流化床传热与制冰性能及运行参数的合理选取提供了理论依据.