旋流喷动气固两相流场中颗粒运动行为研究

摘要

本文主要针对旋流喷动流化床内气相流场和粒子运动行为进行数值模拟和实验研究.此流化床为φ600/φ250mm的锥体,床高1100mm,采用旋流式气体分布器,示踪粒子直径为3～6mm,器壁材料为有机玻璃.颗粒运动轨迹测量方法采用高速摄像机与平面镜合体测量法. 本研究以Fluent软件为工具,建立了符合实际流场结构的几何模型及网格划分策略,使用标准κ-ε模型模拟出了旋流喷动流化床内气相流场的分布,计算稳定,收敛性好,并与实验值进行了对比,符合较好.对于颗粒相的模拟,以离散相模型为基础,通过C++语言编写自定义程序,建立了基于线性理论的考虑摩擦力与弹性力转换机理的颗粒.壁面碰撞模型,应用了Clift曳力模型,成功的模拟出不同性状示踪粒子的运动状态,并与实验值进行了对比,符合较好. 通过数值模拟和实验研究,得到了旋流喷动流化床内粒子运动的总体规律: 各个示踪粒子基本上在各自的稳定区域做上下波动的旋转运动,而且各个粒子的速度分布范围很接近.另外还发现,虽然不同粒子之间的弹性模量、密度变化范围很大,但是各个粒子的稳定高度基本在0.3～0.5m之间,并从数值模拟的角度分析了原因. 颗粒的物理性质对其运动行为有着不同程度的影响.密度小的粒子具有较高的稳定高度；粒径明显较小的粒子在平衡位置上下波动的幅度较小,而径向反弹相对增强；在弹性碰撞范围内,弹性模量对粒子运动行为的影响不甚显著；颗粒的球形度越差,它在轴向位置的波动幅度就越大.

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第一章文献综述

1.1研究背景

1.2气固两相流数值模拟的研究进展

1.2.1计算流体力学基本思想

1.2.2国内研究概况

1.2.3国外研究概况

1.3颗粒碰撞模型的研究概述

1.4气固相间耦合关系的研究概况

1.5固体颗粒运动测量方法简介

1.6选题意义

第二章实验装置、原理及方法

2.1实验装置介绍

2.1.1实验流程

2.1.2主要设备与仪器介绍

2.1.3流量测量

2.1.4固体粒子运动轨迹的测量

2.2高速摄像机与平面镜合体测量法原理

2.3实验步骤

第三章流体力学模型的建立

3.1问题描述及模型假设

3.2几何模型与网格划分

3.3数学模型

3.3.1气相流场的求解

3.3.2颗粒运动的求解

3.3.3相间耦合

3.4自定义物理模型

3.4.1曳力模型

3.4.2颗粒-壁面碰撞模型

3.5数值求解的离散化方法

3.6 Fluent中UDF的使用

本章符号说明：

第四章数值模拟计算及实验分析

4.1气相流场的数值模拟

4.2稀相颗粒运动的数值模拟

4.3数值计算结果和实验结果的对比研究

4.3.1气相流场的分析与实验验证

4.3.2颗粒运动的分析与实验验证

4.4颗粒物理性质对其运动行为的影响分析

第五章结论

参考文献

发表论文和科研情况说明

附录

致谢