流化床内气固两相流动特性及流动规律的数值模拟

摘要

气固循环流化床是能源、石油、化工等领域的重要设备。较传统的流化床反应以及气化设备除了具有传热传质效率较高和床温分布较均匀以及易于控制等优点外,它的结构相对紧凑、简单等等,所以适于大型操作。由于其具有优点多等特点使它自诞生以来一直得到人们的关注,但床体内气固两相存在的复杂性、非线性作用使人们对流化床床内的流动规律比较模糊,从而导致了流化床设备的设计与放大方面存在很多问题。
　　了解气固循环流化床内的气固流动规律以便设计与优化设备,且气固循环流化床作为一种最主要的气化设备被许多研究者研究。对循环流化床的研究方法通常是借助某种数学模型来研究气相和颗粒相的相互作用,以及对床的流态化过程进行研究。
　　本文运用大型流体工程仿真软件Fluent进行了模拟研究;联合使用了机械制图软件UG和流体仿真计算前处理软件gambit进行了网格划分,应用气固双流体欧拉模型,计算量小且具有严格的理论性。模拟采用非稳态,分离求解式,使与实际比较接近。选择三种不同的湍流模型,模拟循环流化床提升管内的颗粒分布,确认本模型的最优湍流模型;选择Gidaspow和Syamlal-O’Brien曳力模型,模拟了循环流化床内流场,通过对流场的分析,来认识流化床内气固两相流动特性及流动规律。对比分析不同曳力模型对结果的影响;提升管高度对平均颗粒浓度及其轴向分布具有显著影响,本文选择高度不同的提升管对管内的颗粒流动进行研究,模拟分析不同高度的提升管对颗粒浓度的影响。

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1 绪论

1.1前言

1.2气固流化床概述以及流态化技术

1.3 Fluent软件介绍

1.4流化床内气固两相流欧拉-欧拉方法和欧拉-拉格朗日方法

1.5本课题研究的意义、目的和内容

2 模型的建立与参数的设置

2.1实体模型

2.2气固流化床两相流模型与研究进展

2.3模型的建立与网格划分

2.4有限体积法建立离散方程

2.5流场计算方法

2.6计算条件

3 冷态流化床模拟以及结果分析

3.1三种湍流模型的选择

3.2床内颗粒速度分布的模拟结果

3.3 两相速度分布的模拟结果

3.4压力分布的模拟结果

3.5流化床内轴向压降图

3.6固体颗粒沿床高度体积变化图

3.7提升管高度对床层轴向颗粒浓度分布的影响

4 结论与展望

4.1 结论

4.2 展望

符号说明

致谢

参考文献