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．     

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。     

布风装置对流化床流动特性的影响

以欧拉双流体模型和颗粒动力学方法为基础,采用基于压力的PC-SIMPLE算法,标准k-ε的分散湍流模型,数值模拟了在3种不同气体布风装置下流化床内气固两相流动,获得了其床内颗粒体积分率和速度的分布规律.相对于单层多孔板流化床,管式和凹形多孔板流化床达到稳定流化状态的时间较短.在相同的床高和径向位置处,管式和凹形多孔板流化床内颗粒体积分率随时间的变化较强烈.不同布风装置的流化床总体上在床内形成了中心区域体积分率较小,向上运动;近壁面区域体积分率较大,向下运动的"环核"结构.     

流化床内气粒两相间传热的萘升华模拟实验研究

在流化床模型实验台上使用萘升华热质类比技术对气粒两相间的传热特性进行了实验研究。实验考查了流化床床料重量、流化风风速和床料平均粒径对气体与颗粒间换热的影响，实验结果表明。在其它条件相同的情况下，流化床内气体和颗粒两相之间的表观传热传质系数随着流化风速的加大和床重的增加而增大，随着床料颗粒粒径的增加而减小。     

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.     

大颗粒气固流化床内两相流动的CFD模拟

采用欧拉双流体模型和颗粒动力学方法,数值模拟了大颗粒流化床在不同密度、布风装置及曳力模型情况下的气固两相流动,考察了大颗粒流化床流化和流动特点,颗粒体积分率分布,床层压力瞬时变化,床层碰撞比,以及颗粒速度径向和空隙率轴向分布规律.研究结果表明,与直型布风板流化床比较,凹型布风板流化床内的气泡产生快,颗粒横向运动能力强;随着颗粒密度的增大,其在凹型布风板流化床边壁处的速度比中心位置处减小的快;比较3种曳力模型,发现其模拟的轴向空隙率分布和床层压力存在较大差异,且与床层膨胀比实验关联式相比,3种模型预测的值比实验关联式要大一些.通过研究,3个曳力模型中Gidaspow模型相对适用于大颗粒气固流化床的数值模拟.     

循环流化床内颗粒团运动的研究模型

颗粒团运动是循环流化床中气固两相流动的重要特征之一。本文描述了一种循环流化床内颗粒团运动的研究模型,给出了该模型中颗粒团的基本概念及其相关的物理模型与数学模型,对单颗粒及颗粒团的碰撞、破碎、粘附等过程对颗粒团运动的影响进行了初步的理论研究及数值假定,提出了基于轨道模型上的用于研究颗粒团运动的数值计算方法及计算过程,为全面研究颗粒团现象奠定了基础。     

循环流化床中颗粒团浓度沿轴向的分布

循环流化床中存在分散固体颗粒的连续上升气相和相对紧密的颗粒团两部分．颗粒团聚物对气固两相流动、传热和反应等行为有重要影响．通过拟Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ动力学理论研究循环流化床中聚团流动的颗粒数份额沿轴向床高的分布,分析和讨论了气体表观流速、固体循环率等对聚团流动的颗粒数份额沿轴向分布的影响．所得结果可为深入研究循环流化床内气固传热传质和反应模型提供理论基础．     

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。     

双室流化床煤气化炉的密相循环特性

建立了双室并列流化床煤气化炉密相循环理论模型，推导了计算两床间颗粒循环量的表达式，对密相循环技术进行了实验研究；分析和讨论了影响密相循环的因素及其操作条件，模型计算值与实验值吻合较好，为双室流化床煤气化炉的设计和操作提供了理论依据。     

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.     

大颗粒气固流化床的流化特性

通过冷态试验，对利用流化床煅烧水泥新技术中所涉及到的大颗粒气固流化床的相关特性进行了研究。研究结果表明：大颗粒气固流化床平稳地运行在鼓泡床阶段，但较易发生节涌现象，适合浅床操作，且操作流化数较低；对流化床压降脉动的分析可知，采用具有较宽粒度分布的大颗粒物料，有利于改善流化床的流化质量。     

双室流化床煤气化炉的密相循环特性

建立了双室并列流化床煤气化炉密相循环理论模型，推导了计算两床间颗粒循环量的表达式，对密相循环技术进行了实验研究；分析和讨论了影响密相循环的因素及其操作条件，模型计算值与实验值吻合较好，为双室流化床煤气化炉的设计和操作提供了理论依据．     

流化床内氮氧化物生成的模拟研究

采用国际上热点研究的颗粒碰撞离散单元法,并同时结合大涡模拟方法对鼓泡流化床内的气固两相流动进行了模拟,在此基础上重点研究和分析了流化床内的氮氧化物的生成机理,并对其进行了模拟研究．     

重质大颗粒在非均匀布风流化床内停留时间

用电容层析成像(ECT)示踪法研究了单个球形重质大颗粒在流化床密相区的停留时间分布特性及随流化风速变化时运动状态的演化过程。通过对实验结果的概率统计分析和对大颗粒受力特征的分析,揭示了大颗粒在床内运动行为的统计规律性和随机性。研究发现:大颗粒在床内的平均停留时间随流化风速的降低先缓慢增大,当流化风速低于某一临界值后,停留时间急剧增大,并过渡到以一定的概率到达布风板低侧,直至最终滞留在床中间;大颗粒密度越大,演变过程对应的流化风速越大。由于周围两相流压力场、速度场随时间的随机脉动性,大颗粒在床内的停留时间分布很宽。     

单个气泡在加压液-固流化床中上升速度的模型与计算

以考虑浮力、液相粘性阻力和颗粒相碰撞力的气泡受力平衡关系式为基础,发展并建立了加压液一固流化床中单个球形气泡上升速度的理论模型．针对不同的床内压力和颗粒相体积分数,计算了单个气泡在加压液一固流化床中的上升速度,并与实验测量数据进行了比较。     

循环流化床上升段流体动力特性数值模拟

针对循环流化床上升管内气固两相流动,建立了Eulerian双流体模型,将离散的固体颗粒相看作是连续介质,建立颗粒相和气相的质量守恒、动量守恒及k-ε输运方程等模型,用Fluent软件作计算工具,对流化床上升段内的颗粒速度分布、颗粒浓度分布和床内压力分布等进行了二维数值模拟.计算结果表明:上升段存在固体颗粒浓度中心区域低、近壁面高的环核结构,固体颗粒在横截面上存在由核心区向环形区的内循环运动,在相同气流速度下,沿床高压降随循环物料的增加而变大.数值模拟的结果与 Prssinen的实验结果吻合良好,表明所建模型正确,数值计算结果可以有效地应用于预测实际装置性能和指导循环流化床的设计和运行.     

床料对固废流化床颗粒混合特性的影响

在横截面为200 mm×200 mm、高1 200 mm的方形截面冷态流化床反应器中,对4种异型模拟固体废弃物颗粒在不同床料辅助流化下的分布特性进行了试验研究.结果表明,床料密度对床层内颗粒混合的影响较大,床料密度的增大使固废颗粒的浮升趋势显著增强,单种固废颗粒在床层内的分布特性取决于床料密度与此种颗粒密度的比值ρb/ρp,且对4种固废颗粒考察后发现,当ρb/ρp≈2.4时,床层混合最为理想.床料粒径的增大同样增强了固废颗粒的浮升趋势,但提升幅度相对较小.床料体积分数增大有利于床层内颗粒的稳态混合,为保证固废流化床内良好的流化混合质量,床料体积分数应大于80%.     

工业聚乙烯流化床的气固流动特性数值模拟

采用计算颗粒流体力学（CPFD）的数值模拟方法,对工业级聚乙烯流化床内的气固流动特性进行了冷态模拟,并利用Matlab的图像处理功能将图像的像素点与模拟网格进行对应来计算流化床内的气泡大小。从流化床流动结构、颗粒、气泡3个角度,研究了不同气速、不同初始物料量对工业级聚乙烯流化床的气固流动特性的影响。结果表明：从颗粒的轴径向分布情况可以看出,工业流化床内部的边壁效应明显较弱,密相区整体呈现较为均匀的颗粒分布;气速对于流化床气固流动的影响较大,当气速为0.46 m/s时,流化床内密相区的颗粒分布最为均匀,整体的流动较好;初始床层高度主要影响流化后密相区的高度,对于床层膨胀率的影响较小。