氣固流化床的實(shí)驗(yàn)與模擬研究.pdf

1、稠密氣固流動(dòng)是普遍存在的物理現(xiàn)象。作為化工和熱能動(dòng)力領(lǐng)域中廣泛使用的裝置,鼓泡流化床的流動(dòng)就是典型的稠密氣固流動(dòng)。床內(nèi)的傳熱、燃燒和磨損等過(guò)程都是在這種流動(dòng)的基礎(chǔ)上發(fā)生和發(fā)展的。因此,關(guān)于流化床的流體力學(xué)特性和氣固兩相相互作用規(guī)律,長(zhǎng)期以來(lái)一直是一個(gè)重要的研究課題。同時(shí),人們進(jìn)一步發(fā)展了建立在流體力學(xué)基礎(chǔ)上的數(shù)值模擬方法,成為試驗(yàn)研究手段的一個(gè)重要補(bǔ)充。本文首先討論了數(shù)值模擬過(guò)程中網(wǎng)格劃分、邊界條件、松弛因子和時(shí)間步長(zhǎng)對(duì)結(jié)果的影響,得出

2、了適合本文模型的相關(guān)設(shè)置。在此基礎(chǔ)上分析了Euler-Euler多相流模型中幾種曳力模型,研究了空隙率和顆粒雷諾數(shù)對(duì)曳力的影響。發(fā)現(xiàn)Zhang等和Gidaspow模型所得結(jié)果的非均勻流動(dòng)性明顯高于Syamlal和Wen&Yu模型,其原因可能在于前兩種曳力模型在空隙率臨界點(diǎn)處不連續(xù)或突變的特性。應(yīng)用Euler-Euler模型,研究了密相鼓泡流化床的流動(dòng)非均勻性。結(jié)果表明,恢復(fù)系數(shù)和曳力是影響流化床內(nèi)非均勻流動(dòng)結(jié)構(gòu)的主要因素?；謴?fù)系數(shù)在能量

3、方面主要表現(xiàn)在對(duì)顆粒碰撞耗散和動(dòng)能的影響。曳力表征氣固之間的作用力,決定了床層的膨脹高度,在能量方面主要表現(xiàn)為對(duì)動(dòng)能和勢(shì)能的影響。二者對(duì)流動(dòng)結(jié)構(gòu)影響的對(duì)比來(lái)看,曳力的影響起主導(dǎo)作用。在以上分析的基礎(chǔ)上,應(yīng)用Euler-Euler模型對(duì)D類顆粒的流化過(guò)程進(jìn)行了模擬,并從流化狀態(tài)、床層膨脹比、床層壓降及功率譜幾方面與實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明,二維模擬結(jié)果中床層膨脹比與實(shí)驗(yàn)值變化趨勢(shì)一致,但高于實(shí)驗(yàn)值;床層壓降和壓力脈動(dòng)功率譜與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致

4、。三維模擬的結(jié)果則與實(shí)驗(yàn)較接近。從Froude準(zhǔn)數(shù)和能量的角度分析,二維結(jié)果的Froude準(zhǔn)數(shù)和動(dòng)能低于三維結(jié)果,勢(shì)能則高于三維結(jié)果,在結(jié)果中表現(xiàn)為較弱的非均勻流動(dòng)性和較高的床層膨脹比。實(shí)驗(yàn)研究了兩種粒徑組合的雙組分流化系統(tǒng),分析了起始流化速度、壓力脈動(dòng)、功率譜及主頻變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn),相同體積分率比例條件下,平均粒徑越大,氣固流化床的實(shí)驗(yàn)與模擬研究起始流化速度也越大,越不容易流化。因此壓力脈動(dòng)的幅值越小,主頻也越小。對(duì)雙組分流化系統(tǒng),也進(jìn)