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【6h】

浓相气固流化床流化特性及CPFD数值模拟

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变量注释表

1前言

1.1研究背景及意义(Background and Significance)

1.2课题提出(Subject Support)

1.3研究内容及方法(Content and Methods)

2文献综述

2.1气固流化床分选技术(Gas-Solid Fluidized Bed Separation)

2.2浓相气固流化床测试分析与数字图像处理技术(Measurement, Analysis and Digital Image Processing Technology of Dense Gas-Solid Fluidized Bed)

2.3浓相气固流化床数值模拟方法(Numerical Simulation Method of Gas-Solid Fluidized Bed)

2.4本章小结(Brief Summary)

3试验系统

3.1二维空气重介质流化床试验系统(Experiment System of 2D Air Dense Medium Fluidized Bed)

3.2测试装置(Measurement Devices)

3.3分析软件(Softwares)

3.4本章小结(Brief Summary)

4二维空气重介质流化床内密度分布研究

4.1试验材料和方法(Material and Methods)

4.2加重质流化特性研究( Research on the Fluidization Charac-teristics of Dense Medium)

4.3床层密度空间分布研究(Research on the Spatial Distribution of Bed Density)

4.4床层密度时间分布研究(Research on the Temporal Distribution of Bed Density)

4.5本章小结(Brief Summary)

5二维空气重介质流化床内气泡统计特性研究

5.1试验材料和方法(Material and Methods)

5.2气泡数目研究(Research on the Number of Bubbles)

5.3气泡直径研究(Research on the Diameter of Bubbles)

5.4气泡宽高比研究(Research on the Aspect Ratio of Bubbles)

5.5本章小结(Brief Summary)

6二维空气重介质流化床计算颗粒流体力学数值模拟

6.1试验方法(Methods)

6.2 CPFD模型与双流体模型(CPFD Model and TFM)

6.3计算模型与参数(Computational Model and Parameters)

6.4 CPFD 模型与双流体模型比较(Comparisons between CPFD Model and TFM)

6.5颗粒相时均体积分数研究( Research on Time-average Solid Volume Fraction)

6.6颗粒相时均轴向速度研究( Research on Time-average Solid Axial Velocity)

6.7颗粒相返混研究(Research on Solid Back-mixing)

6.8本章小结(Brief Summary)

7结论与展望

7.1结论(Conclusions)

7.2展望(Prospects)

参考文献

作者简历

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摘要

空气重介质流化床分选技术的基础是阿基米德原理,没有一个在空间上密度均匀分布的流化环境,待分选物料就难以按密度分层,进一步的分选也无法实现;而若床层密度在时间范围上的密度波动较大,则已分层的物料也容易被破坏掉,同样对分选结果不利。考虑到空气重介质流化床用于物料持续性分选,因此需对不同参数水平下的床内加重质的流化状态以及局部床层密度在空间和时间上的分布进行研究。
  论文首先研究了初始床层高度、加重质粒径和流化数,对空气重介质流化床床层密度在时间和空间分布上的影响。研究认为:床层密度在宽度方向上,总体呈现中间低(1.72-1.82g/cm3)、两边高(1.80-1.88g/cm3);沿床高方向上,则是中部较高(1.75-1.84g/cm3),上下部相近但较中部略偏低0.01-0.03g/cm3。较高的初始床层有利于将整体床层密度维持在一个较窄的范围内。增加初始床层高度主要是使水平方向的分布更加均匀,从而使对整体床层密度的标准差减小。越处于靠近布风板的位置,局部床层密度在时域上越稳定。较高的初始床层高度使得密度在时域分布上倾向于向低密度偏移。
  接着通过高速摄像和数字图像处理的方法,分别研究了加重质粒径和流化数对二维空气重介质流化床内气泡数目、当量直径和宽高比的影响。结果显示气泡在床层最上层和最下层出现的次数明显较多。加重质粒径由74-125μm升高到200-425μm,最上部的气泡数目减少了73%。较大的加重粒径(dp=200-425μm)使得各区域气泡直径的分布范围更宽,且在床层上部受到的影响更大。相较于中上部,在床层下部,气泡直径分布的更为均匀。
  最后利用计算颗粒流体力学(CPFD)模型对空气重介质流化床内的流态化行为进行数值模拟,并与被广泛应用的双流体模型(TFM)相比较。总结分析两者的特点,并结合试验数据,选定Wen-Yu曳力模型作为默认曳力模型,后根据CPFD模拟结果分别研究了颗粒相时均体积分数、时均轴向速度和返混情况。

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