烧结矿余热回收竖罐内气体流态的实验研究

采用对Ergun型方程无量纲化的方法对气体通过烧结矿床层的流态进行了研究,考察气体表观流速、烧结矿颗粒直径和床层空隙率对床层内气体压力降的影响,进而探讨床层内临界颗粒雷诺数随颗粒直径的变化规律.研究结果表明:当颗粒直径一定时,床层内单位料层高压力降随气体表观流速的增大呈二次方关系增大.当气体表观流速一定时,单位料层高压力降随颗粒直径和空隙率的增大呈指数关系衰减.床层内临界颗粒雷诺数随床层几何因子的增大呈指数关系减小,且临界颗粒雷诺数实验预测公式的平均计算误差在5%以内,显示了良好的预测性能.     

烧结余热回收竖罐内固定床层的阻力特性

利用自制的固定床气固流动实验装置,研究气流通过余热回收罐体内料层的阻力特性,得到影响料层阻力特性的主要因素及其影响规律。研究结果表明,影响罐体内料层阻力特性的主要因素有颗粒表观流速、床层填充特性参数(颗粒直径及其分布、罐体的直径等)、床层温度等。其中,单位料层高压力损失随颗粒表观流速的增加呈二次方关系增加,随颗粒直径的增加呈指数关系衰减;临界雷诺数与床层几何因子呈线性关系,并随颗粒直径的增加呈线性关系增加;颗粒表观流速为1.0~2.5 m/s时,烧结矿单位料层高压力损失为0.33~1.72 kPa。     

烧结矿余热回收竖罐内流动阻力特性

基于量纲分析方法,实验研究不同烧结矿颗粒直径填充床内的流动阻力特性。研究结果表明:当颗粒直径一定时,床层内单位料层高压降随颗粒表观流速的增大呈非线性关系增大。当颗粒表观流速一定时,直径较小的颗粒床层内由于颗粒比表面积较大导致流动阻力损失也较大。颗粒雷诺数Re_p较低时,床层内颗粒摩擦因子f_p随Re_p的增加而迅速减小;Re_p较高时,随Re_p的增加,f_p下降趋势较为平缓,并最终不发生变化。由于计算误差较大,现有的预测关联式不适用于求解烧结矿颗粒床层内的流动阻力损失。通过实验数据拟合得出了能够描述烧结矿颗粒床层内流动阻力特性的实验关联式,平均计算相对误差为7.93%,显示了良好的预测性能。     

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.     

烧结矿余热回收竖罐内气体的流动特性

采用对Ergun型方程量纲一化的方法对气体通过烧结矿床层的压力降和流态进行研究,考察气体表观流速和烧结矿颗粒直径对床层内压力降及流态的影响。研究结果表明:当颗粒直径一定时,床层内单位料层高压力降随气体表观流速的增大呈二次方关系增大。当气体表观流速一定时,单位料层高压力降随颗粒直径的增大呈指数关系衰减。提出床层内临界颗粒雷诺数随颗粒当量直径变化的实验预测关联式,相对误差在±5%以内。提出床层内Forchheimer流区和湍流区的压力降实验预测关联式,相对误差均在±8%以内,显示良好的预测性能。     

复合床电石反应器布料器性能实验

根据氧热法电石生产复合床反应器的需要，设计制作了扇形开口与矩形开口两种不同开口形状结构的布料器冷模实验装置，考察了不同布料器转速、床层高度以及开口大小下，颗粒的径向分布特征和平均质量通量。实验结果表明：扇形开口布料器的颗粒分布在径向上呈“M”型分布，而矩形开口布料器在径向上均匀分布，布料器转速、床层高度以及开口大小均对颗粒的上述分布特征基本无影响；颗粒平均质量主要受布料器开口大小控制，随开口角度增加而增加，随布料器转速、床层高度的变化不敏感。     

高碳铬铁粉冷态喷动流化特性试验研究

设计了喷动流化床试验装置,研究了不同物料粒径和物料质量的高碳铬铁粉冷态喷动流化特性,考察了最大床层压降、最小喷动流化速度、床层空隙率与物料特性之间的变化关系。试验结果和分析计算表明,在同样条件下,高碳铬铁粉在喷动流化床中的起始静床层高度大于最大喷动床床层高度时,物料才具有典型的喷动流化特征;物料密度、物料粒径是影响喷动流化形态的主要因素;最大床层压降随物料质量、物料密度的增加而增大,随物料粒径的增加趋于增大;最小喷动流化速度均随物料质量、物料粒径的增加而增大;床层空隙率随喷动流化气体流量的增加而增大,物料质量对粗颗粒物料的床层空隙率影响较大,对细颗粒物料的床层空隙率影响较小。根据高碳铬铁粉的冷态喷动流化特性和形态变化,得出了高碳铬铁粉混合物料的喷动流化床操作相图。     

径向井压裂定向起裂机理研究

通过柱坐标系建立井筒及径向井眼的应力分布模型,利用张性破裂准则预测裂缝的起裂,并将模型导入MATLAB进行编程实例分析计算,得到不同条件下的近井带最大主应力分布,绘制最大主应力变化曲线,分析各参数对裂缝起裂的影响规律;同时利用大型真三维物模开展径向井引导裂缝定向起裂的实验研究,明确压裂裂缝的扩展状态,验证径向井对裂缝的定向起裂作用。通过理论分析及实验表明:无论外界条件如何改变,最优起裂位置仍然在径向井处;随方位角的增大最大主应力呈先增大后减小的规律变化;最大主应力随应力差的增大而增大;随径向井直径的增大最大主应力略微增大。     

循环流化床脱硫反应器流场特性实验研究

在φ250 mm×9000 mm循环流化床实验装置上,研究了循环流化床的压力和颗粒浓度在不同操作条件下的分布规律,并采用径向不均匀指数(RNI)对颗粒浓度径向分布的不均匀性沿轴向的变化进行了定量描述。试验结果表明,循环流化床中循环回路压力平衡曲线呈"8"字型分布,主床压差主要集中在文丘里段,与回料口在文丘里扩张段相比,文丘里压差所占比例有所减小,文丘里压差在相似操作条件下的变化与主床一致。循环流化床床内颗粒浓度随固体颗粒循环流率的增大或表观气速的减小而增大,径向颗粒浓度呈典型的"中心稀边壁浓"的环-核结构,循环流化床径向平均浓度随着提升管高度的增加先减小后增大,截面平均颗粒浓度沿轴向呈"C"型分布。固体颗粒浓度径向分布的不均匀性沿轴向先增大后减小,并与截面平均颗粒浓度存在很强的关联性。     

气固流化床中空隙率研究

空隙率是气固流化床中最重要的参数之一。本文采用PV4A型光纤颗粒测速仪在直径为90mm的流化床中测定了不同颗粒在床层不同位置处及不同气速下空隙率的时间序列,采用统计分析法、功率谱分析法分析了空隙率的时间序列,并重构出空隙率时间序列的吸引子。     

布料方式对竖冷炉内烧结矿偏析及气流分布的影响

为优化梅钢竖冷炉的布料方式，采用离散单元法和多孔介质模型研究中间布料和边缘-中心布料对炉内烧结矿的偏析、空隙率分布、气流分布以及气体压力的影响.结果表明，对比中间布料，采用边缘-中心布料时，大颗粒偏析区域由中心区和上部边壁区变为中间区，且烧结矿偏析得到改善.床层空隙率虽有下降，但沿宽度方向分布更均匀.中间布料条件下，气体流速主要呈沿边壁区向中心区逐渐增大的分布，且气体压力较小.边缘-中心布料时，气体流速呈中间区较大、中心区和边壁区较小的“Λ”型分布，但上述区域间的流速差值减小.气体压力增幅较大，但能够沿高度方向同步下降.综合上述因素，推荐使用边缘-中心布料.     

径向流反应器随机填充催化床层的数值模拟

应用颗粒离散元法建立径向流反应器内球形颗粒随机堆积环形催化剂床层模型,采用颗粒流程序-计算流体动力学(PFC-CFD)耦合求解法得到床层内流体流动压力场、速度场分布规律,研究当边界条件相同、颗粒粒径分别为12、 14、 16、 20、 28 mm时,随机堆积床层内场分布的变化规律。结果表明:随着催化剂颗粒粒径的减小,床层阻力增大,床层速度、压力的变化梯度也增大,但流体沿轴向分布较均匀;粒径12 mm的催化床层径向流反应器内部轴流分布最均匀。     

双流道污水泵内非定常径向力特性研究

为研究双流道污水泵叶轮径向力非定常特性,采用Mixture多相流模型对泵内固液两相流进行了非定常数值计算,研究了运行工况、颗粒物性和叶轮外径等参数对泵径向力的影响,并进行了试验验证.结果表明:各参数方案下径向力基本呈椭圆形分布;随流量增大,平均径向力峰值、径向力及其波动幅度均先减小后增大,径向力矢量中心从坐标系第二象限向第四象限移动;颗粒体积分数一定时选择合适的输送粒径,或粒径一定时选择合适的输送浓度,都能减小径向力,且相比清水工况径向力最大均可减小5.8%;随叶轮外径增大,径向力峰值及径向力变化幅度清水时均逐渐变小,而加入颗粒后则先减小后增大;各外径下径向力在原点附近分布较集中,而在远离原点的第四象限内分布较稀疏.     

横向摆动对深海采矿扬矿管输送特性的影响

为研究横向摆动对深海采矿扬矿管输送特性的影响,探究提高输送系统工作稳定性的方法,采用以颗粒动力学为基础的双欧拉模型和Fluent软件对横向摆动工况下的扬矿管内固液两相流进行模拟仿真,研究摆幅对管道压力损失梯度、出口处颗粒平均体积分数、颗粒体积分数沿径向分布以及颗粒轴向速度分布的影响。研究结果表明:管道摆动使压力损失梯度和出口颗粒平均体积分数呈周期性变化,摆幅越大,二者幅值变化越剧烈;随摆幅的增加,颗粒体积分数沿径向分布不均匀程度越严重,离管壁越近,颗粒聚集程度越高,最高体积分数达到30%;除管壁附近外,摆动工况下颗粒轴向速度沿管径基本呈线性分布,摆幅越大,轴向速度径向分布梯度越大,径向不对称性越严重。     

气固流化床中气泡分布的实验研究

用摄像法研究了二维气固流化床的气泡行为,特别是气泡密度的分布规律.开发了针对摄像法研究气泡的数据处理方法,分析比较了布风板、颗粒直径、流化速度、床层高度对气泡分布密度的影响,并与模型计算结果进行了对比,得到气泡分布密度的变化规律.结果表明,气泡分布密度沿床高是不均匀的,存在气泡聚集现象;同一种颗粒在固定床高位置,气泡分布密度随流化速度的变化很小,基本保持稳定.     

基于Lagrange算法的熔盐泵叶轮内稀疏颗粒的跟随性分析

基于固液两相流理论,分析了熔盐泵叶轮内结晶颗粒的受力情况,并对颗粒在Lagrange坐标下的运动方程进行了解析计算。运用离散相模型(DPM)对熔盐泵内部流动进行了数值模拟,并将模拟结果与解析解进行比较,讨论了颗粒的跟随性与颗粒直径、颗粒和叶轮的相对位置的关系。结果表明:解析解与数值模拟得到的颗粒跟随性具有较好的一致性;颗粒的周向跟随性优于径向;随粒径的增大,颗粒径向和周向的跟随性均明显变差;颗粒的周向跟随性受颗粒位置的影响不大,径向跟随性随颗粒离叶轮中心距离的增大而变差,且吸力面附近的径向跟随性优于压力面附近。研究结果可为预测泵内颗粒的分布及两相流情况下泵性能提供参考。     

变质量流动吸附床内的速度分布

在气体吸附分离过程中,吸附床内气体流动过程实质上是一个变质量流动过程.借助二维模型对吸附床内气体的速度分布进行了研究,在模型中考虑了吸附引起的质量变化和床层的径向空隙率的分布.结果表明:(1)多孔介质本身对流动有着重整作用,使流动趋于均匀分布,但是进口端的吸附剂受入口效应的影响较大,在此区域速度呈W形分布,部分区域达到流化状态;(2)在吸附步骤,速度在传质区有着较大的变化,在其他的三个步骤内,速度沿吸附剂床层近似线性变化;(3)降压步骤中,床中气体速度较高,对颗粒冲击较大,易引起摩擦和粉化,应合理控制降压速率;(4)气体吸附引起的质量变化对压力和速度有着重要影响,不能轻易忽略.     

液固循环床提升管中颗粒停留时间分布及扩散特性

在直径80mm、高度8000mm的液固循环床提升管中,采用脉冲磷光示踪技术对颗粒停留时间和扩散特性进行了研究.考察了表观液速和颗粒循环速率对颗粒停留时间分布和扩散特性的影响,并对液固循环床提升管和气固循环床提升管中颗粒停留时间分布进行了比较.结果表明在液固循环床提升管中,颗粒停留时间分布为-尖而窄且对称无拖尾的单峰分布,颗粒停留时间分布相对均匀,颗粒扩散相对较小,液固流动接近于平推流;颗粒轴向扩散从入口到出口逐渐增大,而颗粒径向扩散从中心到边壁较为均匀;颗粒轴向Peclet数随表观液速和颗粒循环速率变化较小.     

大颗粒煤在移动床中的热解模型

应用煤热解的分布活化能机理,考虑热解热效应以及热解产物在煤粒内部的传热传质,提出了大颗粒煤在移动床中的热解模型,该模型可以预测煤热解过程析出挥发分分额,温度等参数在煤粒内的分布及其胡时间变化的规律,对大颗粒煤在移动床中对流和辐射传热条件下的热解进行了数值模拟,计算结果表明,大颗粒煤的热解必须考虑煤的热解热效应,而热解产物的传冷却放应则可以忽略,同时,讨论了煤粒表层和中心的热解状况以及颗粒直径,床层温度等参数对热解过程的影响。     

烧结矿余热回收竖罐内气体流动的数值计算

以多孔介质模型为基础,运用气固填料床动力学理论建立了烧结竖罐内气体流动的数学模型,确立了数学模型的边界条件.以FLUENT软件为计算平台,采用自定义函数(UDF)对罐体料层径向空隙率分布进行定义,模拟研究竖罐内气体流动的分布规律,进而探讨影响竖罐内气流分布的主要因素及其影响规律.研究结果表明,冷却段区域,气体流速沿径向由罐体中心至内壁逐渐增加,最后在内壁附近突然增大;影响竖罐内气流分布的主要因素为料层空隙率分布和罐体预存段内径.空隙率径向偏析越严重,预存段内径越大,气流分布越不均匀.