移动床内颗粒物料流动的数值模拟与实验研究

摘要

移动床是众多化工反应器类型的一种，广泛应用于冶金、石油化工和环保工程等行业中。以往对于在移动床中颗粒物料的研究，多集中在应力分布的求解上，很少涉及颗粒物料的流动。本文通过实验研究和数值模拟，首次针对球团竖炉生产现场的球团矿，研究其在移动床中的流动规律。通过对移动床内颗粒物料流动的研究，可以指导移动床的研究开发设计和设备优化改造，并通过指导现场操作，使移动床在最佳状态附近工作，达到节能降耗，最终引导移动床向高效化、大型化发展。 建立了矩形移动床冷态实验装置，通过颗粒流动的实验，分析了颗粒在移动床中的流动规律及上下渐缩角度对颗粒流动的影响。实验发现，移动床中的颗粒流量随出口的当量直径的增加呈指数关系增加；随着上下渐缩角度的增大对中心段颗粒流动的影响逐渐减小，经观测当上下渐缩角度大于60°左右球团在实验装置中流动较均匀；球团流动的纵向速度呈现中心快、两侧慢的趋势，球团横向速度比纵向速度小的多，未发现不同层的球团相互混合的现象。 应用动力模型和粘性流模型，针对球团的固有属性，将球团下降运动数值模拟与实测数据对比验证，确定各自模型中仅与颗粒属性有关的待定参数，判断两种模型对于球团流动模拟的可行性。两种模型都可较好地模拟移动床中颗粒的流动形态。粘性流模型对移动床截面的变化较敏感，模拟结果较好。 采用粘性流模型，在考虑气体流动的基础上，对济钢球团竖炉进行三维建模，研究球团流动的基本规律，并分析球团竖炉改造后，球团在球团竖炉内更加顺行。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及学位论文版权使用授权书

第一章绪论

1.1问题的提出及意义

1.2国内外研究综述

1.2.1实验研究

1.2.2数值模拟

1.3本文研究内容

第二章移动床内颗粒流动的实验研究

2.1实验目的与任务

2.2实验装置与方案

2.2.1实验装置

2.2.2实验方案

2.3实验结果

2.3.1颗粒物质-球团的物性参数测量

2.3.2改变排料出口尺寸测量颗粒流量

2.3.3连续添料与不连续添料颗粒流动变化

2.3.4改变上部渐缩角度颗粒流动变化

2.3.5改变下部渐缩角度颗粒流动变化

2.4结果分析

2.4.2连续添料与不连续添料的影响

2.4.3上部渐缩角度对颗粒流动的影响

2.4.4下部渐缩角度对颗粒流动的影响

2.4.5连续添料时球团的流动规律

2.5小结

第三章移动床内颗粒流动的数值模拟

3.1动力模型模拟颗粒流动

3.1.1模型假设

3.1.2控制方程及边界条件

3.1.3控制方程的离散化

3.1.4边界条件的离散

3.1.5计算流程

3.1.6计算结果及分析

3.2粘性流模型模拟颗粒流动

3.2.1几何模型的建立

3.2.2划分模型网格

3.2.3确定边界类型

3.2.4方程的建立

3.2.5计算结果及分析

3.3动力模型和粘性流模型的比较

3.4 小结

第四章球团竖炉内球团流动的研究

4.1球团竖炉内球团流动的特性分析

4.2三维粘性流模型的建立

4.2.1基本假设

4.2.2控制方程的建立

4.2.3网格的生成

4.2.4边界条件的建立

4.3计算结果与分析

4.3.1球团竖炉内球团流动的基本规律

4.3.2结构参数对球团流动的影响

4.3.3气体流动对球团流动的影响

4.4小结

第五章结论

参考文献

致谢