循环流化床内颗粒流动及分布的数值模拟研究

摘要

循环流化床内为复杂的气固两相流，床内颗粒流动与分布特性的研究是热点问题，而且研究循环流化床内颗粒流动与分布特性对实际锅炉的优化运行有重要意义。如循环流化床锅炉实际运行中受热面存在受热不均、磨损严重等问题，都与炉内颗粒的流动与分布有关。鉴于国内外很多学者都是在循环流化床的实验模型上开展基础理论的研究，所以本文在冷态循环流化床实验模型研究的基础上，采用数值模拟技术开展流化床内颗粒流动和分布规律的研究。
　　本文使用数值模拟软件 Fluent中的欧拉模型模拟循环流化床内的气固两相流动。经过文献调研确定使用Gidaspow曳力模型模拟气固两相间的相互作用；通过模型对比计算，确定使用RNG k-ε湍流模型模拟模型内的湍流流动。对实验模型进行模拟的最大好处就是可以将模拟结果与实验结果进行对比。在模拟结果与实验结果基本一致的基础上，通过对模型内压力场及颗粒流场的研究，发现了炉膛出口处存在“加速效应”，该效应的形成是由于炉膛出口的面积小于炉膛横截面积，会导致炉膛顶棚受热面存在受热不均以及磨损问题。
　　本文根据浙大马志刚提出的磨损量计算公式，结合本文冷态单一粒径稳态模拟的实际，提出了磨损指标来评价炉内受热面的磨损难易程度。研究发现：稀相区内，后墙与右侧墙相交角落的上部容易受到磨损；在密相区与稀相区交界处，右侧墙中部及后墙右半部分容易受到磨损。
　　将循环流化床内的流动划分为多个不同的特征区域，每个区域有着不同的流动特性，是描述循环流化床整体宏观流动的有效方法，但迄今还没有形成统一的分界标准。
　　本文在其他学者对循环流化床分区研究的基础上，结合模拟结果，给出了比较具体、合理的分界标准。在此基础上，本文通过变工况计算研究了流化风速和初始料层厚度对特征区域变化的影响。

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引 言

1 循环流化床内颗粒分布规律及研究现状

1.1循环流化床的运行原理

1.2循环流化床锅炉炉内受热面的磨损问题

1.3循环流化床内颗粒浓度分布规律

1.4循环流化床内颗粒分布的研究现状

1.5循环流化床数值模拟研究现状

1.6研究内容

2循环流化床数值模拟方案

2.1实验模型

2.2物理模型的建立及网格划分

2.3数学模型的建立

2.4边界条件的设置

2.5离散方案及求解方法

2.6本章小结

3 Fluent求解器的设置及计算结果分析

3.1 Fluent求解器的具体设置

3.2计算结果及分析

3.3应用磨损指标对炉内易磨损区域的预测

3.4本章小结

4初始料层厚度和流化风速对特征区域的影响

4.1特征区域划分的标准

4.2料层厚度对特征区域的影响

4.3流化风速对特征区域的影响

4.4本章小结

结 论

参考文献

在学研究成果

致谢