噴動(dòng)床的變尺度格子氣模擬研究.pdf

1、噴動(dòng)床的變尺度格子氣模擬研究重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文（學(xué)術(shù)學(xué)位）學(xué)生姓名：韋錫都指導(dǎo)教師：鄭忠教授專業(yè)：冶金工程學(xué)科門類：工學(xué)重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院二O一四年五月重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文中文摘要I摘要隨著鐵礦資源的消耗，礦石品位下降，以粉礦為主的鐵精礦成為主要煉鐵原料，傳統(tǒng)高爐煉鐵工藝還需要加工成焼結(jié)礦或球團(tuán)礦加以利用。在非高爐煉鐵工藝發(fā)展過程中，可以直接使用粉礦的流態(tài)化還原工藝受到關(guān)注。噴動(dòng)床以其良好的操作性以及穩(wěn)定性也得到學(xué)界的大量研究

2、，基于兩相流特性設(shè)計(jì)的流態(tài)化反應(yīng)器相關(guān)研究也得以不斷深入。與此同時(shí)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的革新為數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展提供了廣闊平臺(tái)，基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的氣固兩相流數(shù)值模擬技術(shù)逐漸成為研究的重要手段備受重視。針對(duì)氣固兩相流的流體動(dòng)力性能的模擬研究對(duì)反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和放大有重要指導(dǎo)作用。在現(xiàn)有的數(shù)值模擬模型中格子氣模型以其優(yōu)越的計(jì)算性能和簡(jiǎn)單靈活的邊界處理，在眾多模型中優(yōu)勢(shì)突出。本文在已有的格子氣模型的基礎(chǔ)上，針對(duì)固體顆粒相的特點(diǎn)，引入重力與耗散規(guī)則，提出有別

3、于流體相的GFLGA模型，并用這個(gè)模型模擬典型的沙漏實(shí)驗(yàn)，通過模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，模擬結(jié)果與KM模型的模擬結(jié)果的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)GFLGA模型不僅在定性上而且在定量上都能正確的模擬實(shí)際顆粒流的流動(dòng)，從而證明了模型的正確性。在改進(jìn)的GFLGA模型基礎(chǔ)上，本文將GFLGA模型與傳統(tǒng)格子氣模型結(jié)合，借鑒并改進(jìn)已有的氣固耦合機(jī)制，同時(shí)引入了變尺度方法處理氣固相間物性的差異，使其發(fā)展成一種適用于噴動(dòng)床的兩相流模型。同時(shí)依據(jù)文獻(xiàn)中的噴動(dòng)床實(shí)驗(yàn)條件，

4、分別從實(shí)驗(yàn)和模擬兩方面來對(duì)噴動(dòng)過程進(jìn)行研究，將實(shí)驗(yàn)和模擬結(jié)果從孔隙率變化、速度場(chǎng)分布、以及噴射區(qū)速度變化等方面進(jìn)行對(duì)比，同時(shí)驗(yàn)證所建模型的正確性。實(shí)驗(yàn)與模擬結(jié)果表明：使用變尺度格子氣模型進(jìn)行模擬研究能夠正確得到的噴動(dòng)區(qū)、噴泉區(qū)、環(huán)隙區(qū)的分區(qū)現(xiàn)象，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符合；同時(shí)，模擬計(jì)算得出的速度分布和孔隙率分布與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。在對(duì)噴射區(qū)內(nèi)顆粒的軸向和徑向速度分布進(jìn)行歸一化后得到的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果和DEM模擬結(jié)果一致。由此證明變尺度方法能夠很好的體