CFB内气粒两相流动传热传质萘升华模拟实验和数值模拟研究

摘要

循环流化床(CFB)燃烧技术作为新一代高效、低污染清洁燃烧技术,其近年来的广泛推广和应用带来了重大的经济和环境效益,同时循环流化床理论也得到了很大的发展和进步.但是该理论目前还不完善,设计应用过程中所需的计算公式和数据不仅尚不统一而且也不完整,以及实际运行工况与设计要求的出入均体现出对于循环流化床基础理论研究的薄弱和不足.在循环流化床传热研究方面,床层与换热表面间的传热研究较多,而床内气粒两相间的传热研究很少.该文在自建的循环流化床实验台上,运用萘升华热、质类比技术考察了一次风、颗粒循环量、颗粒粒径,颗粒平均空隙率等因素对床内气粒两相间传热、传质特性的影响情况,并首次考察了二次风的作用和粒径分布的影响.通过对其过程控制方程的分析得出了影响床内气粒两相间传热Nu数、传质Sh数的无因次运行参数,进而将实验结果整理为更加科学的无因次相似准则间的关系曲线.该文运用k-ε模型、壁面函数法对简化后的循环流化床实验台内气相冷态流场进行了数值模拟,比较得出了二次风对床内气相流场的影响情况,为进一步模拟实验研究给出了理论提示.运用颗粒轨道模型对床内不同工况下的离散相颗粒轨迹进行了数值模拟,得出了二次风、床料粒径分布等因素对颗粒轨迹的影响情况,并通过模拟结果与实验现象的对比,为循环流化床内气固两相流动的进一步数值模拟研究提供了一定的基础.

目录

文摘

英文文摘

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符号表

第1章绪论

1.1发展循环流化床燃烧技术的意义

1.1.1煤燃烧利用现状及带来的环境问题

1.1.2循环流化床燃烧技术的优点

1.1.3发展循环流化床燃烧技术的意义

1.2循环流化床锅炉近期研究进展

1.3循环流化床内气固两相流动、传热、传质特性研究意义及进展

1.3.1循环流化床内气固两相间传热、传质特性研究现况

1.3.2循环流化床内气固两相流动特性研究现况

1.4本文的工作

1.4.1萘升华模拟实验部分

1.4.2循环流化床内气固两相流数值模拟部分

第2章循环流化床内气粒两相传热传质特性萘升华模拟实验原理

2.1传热－传质模拟实验研究在对流换热研究中的应用

2.2萘升华实验技术原理及其在传热－传质模拟实验中的应用

2.2.1萘升华实验技术概述[15]

2.2.2萘升华实验技术的优点

2.2.3在本文中的应用

第3章实验系统及测试方法

3.1循环流化床实验系统

3.2测量装置及方法

3.2.1压力测量

3.2.2升华量测量

3.2.3回料量的测量

3.2.4温度测量

3.2.5空气流量测量

3.3实验床料的获得及床料特性

3.3.1萘颗粒的获得

3.3.2窄筛分粒径的确定

3.3.3宽筛分粒径的确定(Rosin-Rammler分布)

3.3.4萘颗粒球形度的确定

3.3.5实验用萘颗粒特性参数

第4章实验数据处理方法

4.1萘升华热质类比实验数据处理方法

4.1.2主床内空隙率ε的确定

4.2无因次影响参数的导出

4.3主床内无因次运行参数B

第5章实验结果及分析

5.1运行参数及床料特性对床内平均空隙率ε的影响

5.1.1颗粒循环量G对平均空隙率ε的影响(窄筛分粒径、有二次风)

5.1.2颗粒循环量G对平均空隙率ε的影响(窄筛分粒径、无二次风)

5.1.3颗粒循环量G对平均空隙率ε的影响(R-R分布粒径、有二次风)

5.1.4颗粒循环量G对平均空隙率ε的影响(R-R分布粒径、无二次风)

5.1.5二次风对平均空隙率ε的影响

5.2运行参数及床料特性对床内表观薛伍得数Sh的影响

5.2.1平均空隙率ε对Sh的影响

5.2.2二次风对Sh数的影响

5.2.3床料粒径对Sh的影响

5.2.4粒径分布对Sh数的影响

5.3运行参数及床料特性对床内表观努谢尔特数Nu的影响

5.3.1平均空隙率对Nu的影响

5.3.2床料粒径对Nu数的影响

5.3.3粒径分布对Nu数的影响

5.3.4二次风对床内Nu数的影响

5.4无因次运行参数对Sh数的影响

5.4.1 Re、ε和Sh数影响关系(窄筛分粒径、有二次风)

5.4.2 Re、ε和Sh数影响关系(R-R分布粒径、有二次风)

5.4.3 Re、ε和Sh数影响关系(窄筛分粒径、无二次风)

5.4.4 Re、ε和Sh数影响关系(R-R分布粒径、无二次风)

5.5无因次运行参数对Nu数的影响

5.5.1 Re、ε和Nu数影响关系(窄筛分粒径、有二次风)

5.5.2 Re、ε和Nu数影响关系(R-R分布粒径、有二次风)

5.5.3 Re、ε和Nu数影响关系(窄筛分粒径、无二次风)

5.5.4 Re、ε和Nu数影响关系(R-R分布粒径、无二次风)

5.6无因次参数B、Re、Sh影响关系

5.6.1 B、Re和Sh影响关系(窄筛分粒径)

5.6.2 B、Re和Sh影响关系(R-R分布粒径)

5.7无因次参数B、Re、Nu影响关系

5.7.1 B、Re和Nu影响关系(窄筛分粒径)

5.7.2 B、Re和Nu影响关系(R-R分布粒径)

第6章循环流化床气粒两相传热传质萘升华模拟实验结论及建议

第7章循环流化床内气相冷态流场的数学模型及数值模拟

7.1循环流化床内气相流场的数学模型

7.1.1本文所选取的数学模型

7.1.2边界条件

7.2网格的划分

7.2.1伪扩散[19]

7.2.2网格划分

7.3数值计算方法

7.3.1控制方程的离散

7.3.2迭代解法

7.3.3计算流程

第8章循环流化床气固两相流动模型及数值模拟

8.1湍流气固两相流动简述

8.2循环流化床内离散相的数学模型

8.2.1本文所选取的离散相模型

8.2.2边界条件

8.3颗粒轨迹及两相流耦合的计算

8.3.1颗粒的湍流扩散的模拟

8.3.2离散相轨迹的计算

8.3.3两相流的耦合计算

第9章气相流场模拟结果及分析

9.1有二次风情况下循环流化床主床内气相流场模拟结果

9.2无二次风情况下循环流化床主床内气相流场模拟结果

9.3有、无二次风工况下循环流化床主床内气相流场对比

第10章气固两相流数值模拟结果及分析

10.1有二次风情况下的气固两相流动模拟结果

10.2无二次风情况下的气固两相流动模拟结果

10.3结合模拟结果对实验结果的进一步分析

第11章 循环流化床内气固两相流动数值模拟结论及建议

附图：实验过程中拍摄到的部分实验现象照片

致谢

参考文献