基于气-砂两相流振动信号特征分析的砂粒检测

气-固两相流中固相信息的实时检测广泛应用于工业中的各个方面,特别是天然气开采过程中面临的出砂监测问题.为了丰富现有固相颗粒监测方法和技术,本文通过分析气-砂两相流流动撞击管壁激励的振动信号特征,开展气井出砂实时监测室内研究.本文利用加速度传感器感受砂粒撞击管壁的一次信号,随后通过信号调理、采集并转化为所需出砂信息.通过设计室内实验,对不同流速下的气流信号、不同携砂流速下的气-砂两相流信号、不同出砂率下的气-砂两相流信号进行时-频特征分析,结果表明14.0～18.0,kHz频段内气流信号幅值波动稳定且幅值较小,该频段为气井出砂监测的特征频段.进一步增加砂流量率,发现特征频段内的振动能量随含砂率的增加而增加,进一步验证了该出砂特征频段的有效性,并建立了气体流速与振动能量关系数学模型.本研究方法为后续较复杂的水-砂两相流、气-砂多相流流体中的固相检测研究奠定了良好的基础.     

超常参数条件下汽固两相流动的相似与模化方法探究

基于相似与模化理论和三维数值模拟方法,对超常参数汽轮机调节级喷嘴内汽固两相模化试验方法进行了研究.结果表明:马赫数和斯托克斯数(Stk)是两相流动的决定性相似准则,其对粒子与壁面撞击速度的模化误差小于5%,撞击角度的模化误差小于3°;经过多种参数组合试验才能筛选出实现Stk在相应位置对应相等的数据,数值模拟预测可减少试验模化参数选择的盲目性.对比不同反弹模型论证了粒子反弹对冲蚀喷嘴壁面影响不大,偏差小于3%.该研究扩展了汽固两相流模化理论在超常参数条件下的应用.     

弯管内二次流对固粒磨损壁面的影响

应用双流体模型在贴体坐标系下数值计算了90°方形截面弯管内稀疏气固两相的二次流动.应用气固两相动量方程在次流截面上分别采用速度是、否耦合2种求解方法,计算了固粒对壁面的磨损.计算与实验结果吻合较好.结果显示气相二次流动阻碍了固相在次流截面上冲向弯管外壁的速度,固相二次流使弯管外壁面中心区域的磨损量加大,在90°截面处达到最大值,其磨损量是同截面侧壁处的4倍,固相二次流加剧了局部磨损,从而缩短了设备的寿命.因此,该方法为抑制固相二次流提供了技术依据.     

热-流-固耦合非饱和渗流的物理描述和数学模型

研究了热-流-固耦合非饱和渗流的物理和数学模型.其中非饱和渗流部分考虑到水的蒸发-凝结这种相变过程,这是气液两相渗流.液相中含有溶解的空气,气相中含有空气和水蒸气,蒸汽在空气中作扩散运动.基于线化的湿-热弹性理论,建立了热-流-固耦合的本构方程、水和气体的渗流微分方程,以及能量方程.该完整的方程组可很容易推广到热-流-固耦合油-气-水多相渗流情形.     

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.     

气—液两相瞬变流的流固耦合研究

论述了国内外气-液两相瞬变流流固耦合的研究成果及现状，阐述了气-液两相瞬变流的流动规律和流固耦合研究的各种方法。评述了气-液两相瞬变流、流固耦合等方面的理论模型和数值计算方法，并对不同模型和数值方法进行了比较和分析。指出了目前两相瞬变流流固耦合研究中存在的问题，预测了流固耦合研究的方向应为两相流体瞬态时的流固耦合实验研究和耦合模型的数值计算方法研究。     

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。     

气—固两相文丘利流量计流动分析

本文从两相流的基本原理出发,分析等截面、变截面和文丘利流量计内的气—固两相流动。推导了等截面和变截面管内,K=1时的压差与气—固混合比成线性的关系。最后得出气—固两相流中,用文丘利流量计测量固相流率时的计算公式。它在一定条件下也是线性的。     

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.     

气液两相瞬变流的流固耦合研究

论述了国内外气液两相瞬变流流固耦合的研究成果及现状 ,阐述了气液两相瞬变流的流动规律和流固耦合研究的各种方法。评述了气液两相瞬变流、流固耦合等方面的理论模型和数值计算方法 ,并对不同模型和数值方法进行了比较和分析。指出了目前两相瞬变流流固耦合研究中存在的问题 ,预测了流固耦合研究的方向应为两相流体瞬态时的流固耦合实验研究和耦合模型的数值计算方法研究。     

基于阵列式静电传感器的气固两相流流速检测

流动速度是反应气固两相流流动情况的重要参数之一。为了实现气固两相流流动速度准确而方便的检测,根据静电感应原理,设计了新型阵列式静电传感器,在分析了传感器电荷信号产生机理的基础上,设计并开发了微弱信号处理电路,搭建了用于气固两相流流速检测的重力输送实验装置。通过互相关算法得到了固体颗粒流动平均速度,与其他相关测量装置比较,该装置能够稳定、准确的实现气固两相流流速的检测,同时,更便于现场使用安装。     

CE─WR燃烧器弯管内两相流研究及其稳燃

运用气固两相流动的相似理论，对电厂实际煤粉空气两相流动进行了模化，就竖直向上转水平弯曲圆管内气固两相流动作了试验分析和理论探讨，分别就不同弯曲半径、不同煤粉进口浓度和不同隔板长度下浓淡分离程度以及弯曲圆管后水平段内煤粉颗粒的恢复特性进行了试验研究，并从弯管浓淡分离效果角度对ＣＥ－ＷＲ燃烧器进行稳燃理论分析，得出了一些有意义的结果，可为电厂实际运行工况的组织与调整提供依据。     

基于静电传感器气/固两相流质量流率测量

由于气/固两相流本身具有复杂的流动形态,从流体力学角度分别建立了下行管道传送、上行管道传送和水平管道传送的固相质量浓度的表达式.结合静电传感器互相关技术测量得到气/固两相流的速度参数,根据固相质量流率计算公式和固相质量浓度的表达式,完成了气/固两相流固相质量流率的间接测量.     

两相流固体速度测量的改进方法

提出一种气、固两相流的流速测量新方法．首先通过对两个传感器之间的流动噪声输送过程进行分析，建立两个传感器信号之间的数学模型．以此为基础提出流速测量的改进方法．实验结果表明：此方法在两相流流速测量中具有较高的精度和较快的软件运行速度，为两相流流速的在线测量提供了一种有效的手段．     

流化床烟气脱汞气固两相流动的可视化研究与数值模拟

为了探究流化床烟气脱汞反应器内气固两相的流动过程,通过可视化显形实验对不同主流化风速、床层物料高度、颗粒粒径和活性炭喷口速度下反应器内气固流动的行为和特征进行了研究.通过计算流体动力学方法对气固两相流动过程进行了数值模拟,并与实验进行比较.结果表明,数值模拟具有流动模拟的可靠性.主流化风速增加或颗粒粒径减小,均会加剧气固两相流动的剧烈程度,活性炭喷口气流会造成气固两相的局部湍动,但床层物料高度由于受到壁面与颗粒的摩擦力和内部气泡大小的综合作用,对气固流动行为的影响不显著.     

撞击流气固两相流动中曳力模型的分析

为研究水平对称撞击流中气固两相曳力模型对球形颗粒运动的影响,运用FLUENT软件对spherical、stokes-Cunningham模型以及一种新型曳力模型下的气固两相流进行了数值模拟。新型曳力模型利用FLUENT中用户自定义函数(UDF)程序实现。采用欧拉-拉格朗日方法计算流场速度分布、进出口压力差、颗粒在撞击流装置停留时间以及颗粒运动轨迹。结果表明,采用新型曳力模型模拟撞击流气固两相流动,其速度分布基本关于撞击面对称分布。对于不同曳力模型,气固两相撞击流装置进出口的压力差在24. 9～25. 0 Pa之间。采用新型曳力模型模拟颗粒在撞击流装置停留时间主要分布在0. 4～1. 0 s,其颗粒运动现象与实验结果在定性上是一致的。     

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。     

Hydrodynamics and heat transfer of gas-solid two-phase mixtures flowing through packed beds–a review

Flow of a gas-solid two-phase mixture through a packed bed is relevant to a number of industrial processes such as heat recovery and filtration of dusty flue gases, iron making in shaft reactors, gas purification, and sorption enhanced reaction processes. In spite of the industrial relevance, little work has been reported in the literature. The limited amount of research work has mainly addressed the mac- roscopic hydrodynamics in terms of pressure drop and solids hold-ups at the ambient temperature. Very little is done, until fairly recent, on solids motion at the single particle level, hydrodynamics at elevated temperatures and heat transfer. This paper reviews the recent development in the field including both the hydrodynamics and heat transfer of gas-solid two-phase mixtures flowing through packed beds, which is believed to represent the state-of-the-art in the field. The review is not aimed to be exhaustive but rather focused on our own work carried out over the past few years in the Institute of Particle Science ＆ Engineering at the University of Leeds. And some of our results are compared with that of other groups.     

超临界水氧化水膜反应器的气固两相流分析

基于欧拉-拉格朗日方程的拉格朗日离散相模型,并建立颗粒的受力模型,对超临界水膜反应器内的气固两相流特性进行数值模拟。模拟并分析了颗粒直径、入口速度对超临界水膜反应器内的颗粒运动规律、分布特性以及颗粒接近多孔璧的参数的影响,并且分析了超临界水膜反应器中一定直径的颗粒的流体随体性。对研究和优化超临界水膜反应器的气固两相流特性具有一定的指导意义。     

方管内气固两相湍流气相速度的非线性特征识别

为了深入了解气固两相湍流中气相脉动的非线性特征,用相平面不变量法对竖直方管内气固两相流场的气相瞬时速度的实验数据和运用随机分布方法得到的模拟数据进行对比研究。结果表明:流动行为相似的流场有着相似的相平面不变量曲线,流动行为差异较大的流场相平面不变量曲线呈现不同的趋势;在模拟数据和实验数据的统计分布基本相同时,采用不考虑变量相关性随机分布的模拟数据和实验数据的相平面不变量曲线存在非常大的差异,而在考虑变量相关性随机分布时符合较好,但在曲线两端存在一定的差异。