声场微小流化床流动特性的实验研究与数值模拟

摘要

微小流化床具有较好的传热、传质特性，其较小的体积具有反应效率高、污染少、节能等特点。对颗粒在微小流化床中流动特性进行研究，可以更好的设计气固微小流化床反应器。
　　细颗粒在微小流化床中流化时往往存在沟流、节涌等现象，导致流化效果不好。国内外通常通过一些辅助措施来解决这些问题，例如在传统流化床中加入磁场、振动场、声场等辅助措施。通过外力场的引入可以实现气固微小流化床内传质、传热的强化。外加声场流化床与其它辅助措施的流化床相比，可以在基本不改变传统流化床内部结构的基础上，更好更简单地改善超细固体颗粒的流化质量。
　　本文在实验的基础上，主要使用计算机流体力学软件fluent6.3模拟了细颗粒在声场流化床中的流动特性。通过分析颗粒床层的压强降、固体颗粒分布等参数，为微小流化床反应器的设计提供依据。
　　第一，采用实验与模拟结合的方法，研究了布风室的改变对细颗粒在微小流化床中流化质量的影响。记录并分析实验所得的气速-床层压降曲线图，并与模拟值比较，得到了布风室改为两个改善了颗粒在微小流化床中的流化质量。通过数值模拟，分析两种装置模拟出的固含率云图，进一步验证了优化装置的正确性。
　　第二，研究A类颗粒和C类颗粒在声场微小流化床的流化特性。建立声场数值模型，通过比较数值模拟得到的固含率云图，分析声场对颗粒流化质量的影响，得到声场可以改善颗粒在微小流化床的流化质量。结合床层的压力波动值，进一步验证了声场对颗粒流化效果的改善。
　　第三，研究声场对微小流化床传热性能的影响。通过建立声场流化床传热数值模型，模拟了流化床温度分布图。通过床热系数计算公式与模拟所得的各个截面间的温度值，计算传热系数。通过比较传热系数的值，分析了声压级对流化床传热性能的影响，同时研究了不同床层高度的传热系数。

目录

摘要

符号说明

前言

第一章 文献综述

1．1 流化床概述

1．1．1 流化床的原理及特点

1．1．2 Geldart的颗粒分类法

1．1．3 流化状态的判别

1．1．4 外加场流化床发展概述

1．2 计算流体力学(CFD)在流态化领域中的应用进展

1．2．1 计算流体力学概述

1．2．2 气固两相流欧拉—欧拉方法和欧拉—拉格朗日方法

1．2．3 计算流体动力学的计算工作步骤

1．2．4 流体动力学控制方程

1．2．5 计算流体动力学的应用领域

1．2．6．FLUENT简介

1．3 本课题研究的意义、目的和内容

1．3．1 本课题研究的意义和目的

1．3．2 本课题的研究内容

第二章 微小流化床实验与数值模拟

2．1 概述

2．2 微小流化床实验

2．2．1 微小流化床实验装置

2．2．2 实验方法

2．2．3 实验结果与讨论

2．3 微小流化床数值模拟

2．3．1 概述

2．3．2 几何模型的建立和网格划分

2．3．3 数值方法

2．3．4 数值模型

2．3．5 边界条件

2．3．6 结果与讨论

2．4 本章小结

第三章 声场微小流化床流化特性数值模拟

3．1 概述

3．2 声场数值模型的建立

3．3 边界条件

3．4 结果与讨论

3．4．1 A类颗粒在微小流化床中的固含率

3．4．2 A类颗粒在外加声场微小流化床中的固含率

3．4．3 C类颗粒在微小流化床中的固含率

3．4．4 C类颗粒在外加声场微小流化床中的固含率

3．4．5 声波对微小流化床轴向压力波动均方根PRMS的影响

3．5 本章小结

第四章 声场对微小流化床传热性能的研究

4．1 概述

4．2 传热模型的建立

4．3 数值模拟条件

4．4 模拟结果与讨论

4．5 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 主要结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文目录

声明