循环流化床提升管内气固两相流的DEM数值模拟

摘要

作为一种高效、无气泡的气固接触技术,循环流化床在催化裂化、干燥、发电、燃烧、脱硫等领域有广泛的应用,作为循环流化床的主反应器,提升管内的气固流动行为对两相之间的动量、质量和能量的传递有很大的影响。离散单元法(DEM)直接追踪每个固体颗粒的轨迹,能够更真实的反映颗粒间的作用,因此,在气固两相流问题的研究中得到了广泛的应用。本文采用离散单元法对提升管内气固流动特性进行了研究,利用标准k-ε模型引入气相的湍流作用,考虑滚动摩擦的影响,干颗粒和湿颗粒系统分别引入了范德华力和液桥力的作用。
　　应用离散单元法模拟了提升管内的气固流动行为。首先与实验进行对比以验证程序的可行性,然后研究了提升管内均一粒径颗粒及多分散颗粒的的流动特性,此外,还考虑了表观气速和颗粒循环速率的改变对颗粒流动的影响。结果显示模拟与实验吻合较好,只是模拟值比实验值稍低。通过对均一粒径颗粒流动的模拟,结果表明:提升管内气固两相流动具有较强的不均匀性,而且都存在一定程度的返混现象;增加表观气速,颗粒浓度降低、轴向速度增大,颗粒分布更均匀;增加颗粒循环速率,颗粒浓度增大,速度变化很小,颗粒分布的不均匀性加强。通过对多分散颗粒流动的模拟,结果显示:提升管内不同粒径颗粒的流动行为有较大的差别,大颗粒的浓度大于小颗粒的浓度,沿径向方向大颗粒浓度呈现边壁浓、中心稀的环核流动结构,而小颗粒浓度则是中心浓、边壁稀的分布,与大颗粒相比,小颗粒的轴向速度和温度更大。
　　引入Mikami模型描述颗粒间的液桥力作用,通过比较,忽略了范德华力的影响,应用离散单元法模拟了提升管内湿颗粒的流动特性。首先,研究了不同含湿量下湿颗粒的流动行为,然后定量分析了湿颗粒的团聚特性。结果表明:由于液桥力的存在,提升管内湿颗粒出现团聚现象,且颗粒以单颗粒和聚团两种方式运动;聚团平均存在时间和聚团时间份额沿径向方向增加,含湿量增大,颗粒聚团平均存在时间和聚团时间份额在中心处减小,而在壁面处增加;沿径向方向聚团生成频率逐渐减小,且含湿量越小,在壁面处聚团生成频率越大。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 国内外研究现状

1.3 气固两相流数值模拟方法

1.4 本文主要研究内容

第2章 循环流化床内气固流动的DEM数学模型

2.1 离散单元法

2.2 气固流动DEM数学模型

2.3 关键参数的确定

2.4 模拟过程分析

2.5 本章小结

第3章 提升管内气固流动特性的研究

3.1 程序验证算例

3.2 提升管内气固流动模拟

3.3 提升管内多分散颗粒流动模拟

3.4 本章小结

第4章 提升管内湿颗粒流动特性的研究

4.1 液桥力模型

4.2 模拟参数

4.3 提升管内湿颗粒的流动特性

4.4 提升管内湿颗粒的团聚特性

4.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢