查旭东[1]2002年在《流化床内高浓度气固多相流动和燃烧的数值试验研究》文中提出本文主要对高浓度气固两相流和电站锅炉中的循环流化床和W炉内的燃烧和污染物排放过程进行了较为详细的数值模拟研究。 在对高浓度气固两相流的研究中，成功的运用双流体模型对两维和叁维垂直立管段进行了研究，揭示了垂直立管内的高浓度气固流动的颗粒碰撞以及气相和颗粒相的相互影响的一些规律。随后研究了鼓泡床内的气泡运动变化规律，分别模拟了单个气泡和连续气泡的生成、生长、破裂以及合并等的行为特性并且和实验数据进行了对照，取得了较好的结果。接着运用颗粒相直接模拟思想，大胆地鞣和了国内外学者关于软颗粒、硬颗粒模型对颗粒碰撞计算的不同方法，分别用软、硬颗粒模型计算了不同的例子。 在对高浓度气固两相流动的系统研究基础上，针对我们热能所研制开发的75t／h循环流化床热电气叁联供装置，首次对于流化床燃烧炉内的燃烧和污染物排放进行了较全面的数值模拟，得出了炉内的流场、颗粒轨迹场、温度场和组份场，研究了煤粉燃烧特性和氮氧化物的排放特性以及影响它们的因素。 最后，对国内外正日益广泛采用的另一种低污染高效燃烧技术—W炉燃烧的煤粉燃烧特性和污染物排放也进行了较深入的研究，所得到的结论希望可以对W型锅炉性能的设计、运行有所参考。 本文的工作是对高浓度气固多相流研究和流化床和W炉燃烧技术研究的尝试，所取得的结果表明数值试验方法在预测和验证工程流动、燃烧问题方面的准确性和有效性。
曹玉春[2]2005年在《流化床垃圾焚烧炉内流动和燃烧污染物生成数值模拟研究》文中提出随着社会经济的发展和人们生活水平的不断提高，产生的越来越多的生活垃圾引发了一系列的环境、社会和生态问题，给整个社会的可持续发展带来了巨大的环境压力。焚烧法因在减容减量、资源化、无害化等方面具有填埋和堆肥无可比拟的优点，在诸多发达国家已得到广泛应用。流化床垃圾焚烧炉因其结构紧凑、燃料适应性广、燃烧效率高和污染排放低等优点，其应用越来越广泛。 本文在对流化床气固多相流模型进行了全面总结的基础上，基于颗粒动力学理论的欧拉—欧拉双流体模型，运用Fluent软件对鼓泡床、循环流化床和管式布风流化床进行了数值模拟，研究表明：气固相之间的曳力模型和颗粒碰撞弹性恢复系数的选取对鼓泡床稠密气固多相流数值模拟有重要影响，文中比较了不同工况条件下采用不同的曳力模型、颗粒弹性恢复系数和时间步长的计算结果；二维和叁维鼓泡流化床模拟得到的计算结果比较发现，叁维床的模拟结果更接近实际；运用Ergun气固曳力模型，对循环流化床进行数值模拟结果表明，模拟结果和试验值比较吻合，颗粒浓度径向分布的不均匀，颗粒浓度在近壁面区较高，中心位置处较低，流形呈现典型的环—核状。同时数值模拟得到不同时刻、不同工况条件下管式布风流化床气泡的产生、长大和破裂的情况，研究发现床内气泡的生成初期具有一定的对称性质，该新型流化床具有内循环流化床的一些流体动力特性，布风管的小孔风速和其横向节距的选取对于床内的气泡的产生和颗粒流化质量有重要的影响。为了保证床内颗粒的良好的流化质量，建议布风管之间的L_(cr)／d的大小取为0.25左右；通过对双层布风管的数值模拟发现，加大下层布风管的风量，两层管之间的流化加剧，但对上层布风管上方的颗粒流化影响并不大；通过对双组分颗粒管式布风流化床内流化特性模拟发现，随着流化时间的推移，细重颗粒和粗大颗粒发生分离现象，细重颗粒向床内下沉。通过在床内加入粗重物料后床内的流化情况研究表明，随着时间的增加，粗重的颗粒逐渐分成团状，然后主要向两布风管间移动扩散开来，并逐渐向床层底部扩散，床内流化气泡直径明显地减小，床内的粗重颗粒有抑制床层流化的作用。 在小型流化床垃圾焚烧试验台上进行了垃圾典型组分NOx排放特性的试验研究，基于成熟的化学基元反应机理，应用Chemkin对甲烷在对冲扩散火焰中NOx的生成特性进行了验证，在此基础上，模拟了垃圾典型组分在流化床垃圾焚烧炉中NOx的生成特性，并进行了比较，研究表明：NOx基元反应机理GRI-Mech2.11动力学层流火焰中预测值比GRI-Mech3.0更接近实验值；垃圾典型组分小型流化床焚烧炉试验研究发现，不同种类垃圾混合焚烧NO转化率均小于单组分垃圾NO转化率线性迭加，配比不同，下降的幅度也不同，总的来说幅度一般在5～20％左右，煤与有机物混合燃烧，NO排放浓度小于煤与垃圾线性迭加。建立了流化床内NO生成的动力学模型，通过改变工况条件：包括床温、过量空气系数和改变燃料中HCN的含量来模拟NO的排放情况和燃料N转化为NO的转为率，模拟结果同试验结果的趋势一致，从理论上证实了试验中发现的两种垃圾混烧时燃料N转化为NO的转化率低于单组分垃圾的燃料N转化为NO率的线性迭加。 通过在实验室小型流化床试验台上进行了垃圾典型组分HCl的排放特性试验，结果表明：单组分典型垃圾的燃料Cl转化为HCl的转化率均随着床温升高而升高，但升高的幅度不大；随着掺烧垃圾比例的提高，HCl的排放浓度逐渐增加；HCl对SO_2和NO的排放均有抑制作用。通过垃圾焚烧炉内烟气中污染物之间的相互影响基元化学反应机理化学动力学模拟发现，焚烧烟气中HCl对CO和NO的氧化均有抑制作用，随着NO浓度的升高，对CO的氧化的抑制作用减弱，HCl得抑制
盖志杰[3]2006年在《内循环流化床的数值模拟与实验验证》文中研究表明本文应用Fluent6.1软件对内循环流化床颗粒相流动特性进行了数值模拟研究,并且通过相关试验验证了数值模拟所得到的结果,目的在于为内循环流化床锅炉非均匀布风方式的设计提供一定的理论依据。本文分别研究了∧形和V形布风板内循环流化床颗粒相流化特性。结果表明:∧形布风板的配风方式的特点为两侧风速高中心低,中心颗粒在低速风和重力的联合作用下向下运动,然后在两侧高速风的作用下,颗粒快速向上运动,在床内形成了两侧为流化床,中间为移动床的复合流化现象。而V字型布风板的配风方式为中心风速高两侧低,中心颗粒在高速风的作用下向上快速运动,在布风板两侧在低速风和重力的联合作用下向下移动,形成了中间为流化床,两侧为移动床的复合流化现象。同时本文研究了高速风和低速风风速比对床内颗粒流化特性的影响。结果表明:非均匀布风虽然有利于床内颗粒的流化,能够形成复合流化,但是高速风与低速风的比值对颗粒的流化状态具有较大的影响,比值过小,内循环现象不明显甚至不会出现;比值过大,低速风区风速过低,颗粒会堆积在低速风区,不利于循环流动,研究表明,高速和低速风比值存在最优值,以使床内颗粒流态达到最佳流化状态。本文还进行了内循环流化床冷态试验研究,通过摄像法得到了瞬时床内颗粒流动形态,并将数值模拟结果与试验结果相比较,结果表明:数值模拟获得的图像与试验现象吻合较好,这说明采用FLUENT6.1软件以及欧拉-欧拉双流体模型基本能够模拟出不同配风方式下床内颗粒相的真实流动状态。
赵晓东[4]2003年在《循环流化床气固两相流动特性PIV测试》文中研究指明本文采用PIV系统对循环流化床锅炉冷态流场进行了试验研究，研究的主要内容包括：循环流化床冷态流场粒子的速度分布特性，包括粒子的径向速度和轴向速度分布；循环流化床颗粒的平均浓度沿径向和轴向分布特性；循环流化床颗粒平均粒径的轴向和径向分布特性。 本文对国内外PIV系统应用在流化床两相流及多相流的研究及其应用进行了详细的综述，归纳总结了该系统应用于循环流化床床内流动的复杂性和有待解决的问题，PIV系统应用于流化床两相流的优点，并对进行两相流试验研究时应有PIV技术应具备的试验条件进行了比较详尽的分析。 试验过程中，通过改变激光器照射截面，提高操作风速，变化物料高度，获得不同工况下的图像数据，并针对不同的流动区域，将获得的典型流动状态的连续图像进行了可视化分析。 本文对试验所获得的连续图像通过互相关算法，获得颗粒速度矢量图，并将速度分解为径向速度和轴向速度，对每一小区域内的颗粒按速度方向不同进行速度平均，获得颗粒的平均速度分布曲线。文中着重对近壁区和中心区的速度场进行了讨论，分析了不同的工况条件下，颗粒的速度变化趋势，结合循环流化床流动的脉动特点，从宏观上总结出颗粒流动特性。 文中对所获得的原始图像，通过图像预处理、二值化、边缘检测、模式识别等图像处理算法，识别出图像中颗粒的直径大小，以及颗粒的个数信息，经过数据统计，获得不同工况下近壁区和中心区的颗粒平均粒径分布和平均浓度分布曲线，总结了循环流化床的粒径与浓度的分布特性 最后，文中总结了试验中所遇到的问题，包括仪器本身的局限和数据处理方法的影响，这些因素将对试验结果造成误差，文中还对试验中存在的问题和不足，提出了一些改进意见和处理方法上的尝试。
石凯[5]2008年在《高温分离器布置对循环流化床锅炉炉内动力场影响的研究》文中指出当今,循环流化床锅炉作为一种成熟的燃烧技术,正在向大型化发展。循环流化床锅炉的大型化,带来一系列的问题,必须要解决的就是结构问题。由于循环流化床锅炉设备大庞,利用数值模拟的方法来研究锅炉的气固两相流动特性已经成为一种重要的手段。本文是通过改变分离器位置,利用FLUENT软件对循环流化床锅炉的气固两相流动进行模拟,分析、对比模拟结果,研究高温分离器布置对循环流化床锅炉炉内动力场的影响。数值模拟哈锅670t/h循环流化床内气体和颗粒流动特性。为了准确反映炉膛内实际的流动,模拟中采用实际锅炉炉膛的几何尺寸。结果表明沿炉膛高度颗粒速度逐渐减小。在炉膛低部颗粒浓度最大。同时在炉膛壁面形成高的颗粒浓度。计算结果表明由于二次风的作用,在炉膛中部颗粒浓度相对较高。对不同分离器位置布置对炉膛气体和颗粒流动进行了模拟。考虑了分离器在前后墙布置、侧墙布置和单侧布置等对气体颗粒流动的影响。获得了分离器不同布置方式对炉膛内的速度场、颗粒浓度、及压力等分布。沿炉膛高度气体压力逐渐下降。在床低部区域,沿高度空隙率逐渐增加,在锥体出口区域达到最大。随之迅速减小。之后,沿炉膛高度空隙率降低。结果表明分离器位置对炉膛内气体和颗粒流动有明显的影响。对各种情况做出评价,指出其是否对循环流化床的运行有利,并分析其原因。通过对不同模型的模拟,得到不同分离器布置方式对循环流化床锅炉流动特性的影响,以便对锅炉的设计和改造工程提供有价值的参考。
石惠娴[6]2003年在《循环流化床流动特性PIV测试和数值模拟》文中进行了进一步梳理本文采用自行构建的PIV系统对循环流化床冷态流场进行了试验研究，获得了不同工况下气固两相流动特性。并对气固流动特性进行了数值模拟。 对循环流化床冷态实验台两测试段进行了流型和颗粒团可视化研究，分别获得了较低循环流率下过渡区和在高循环流率下稀相区颗粒团的运动速度，形状，持续时间及其动态变化情况。同时获得了典型工况下多种流态图及颗粒团显微图片，揭示了循环流化床内气固流型及其变化规律。 在对循环流化床冷态试验台进行PIV测试试验研究中，运用MQD互相关处理算法获得了不同工况下颗粒运动速度参数的分布规律。在低循环流率下对过渡区典型流态下颗粒团的不同流态进行了MQD法处理，获得了整场颗粒运动速度及随时间变化规律，颗粒团运动对流场内颗粒速度的动态影响；对稀相区在较高固粒流率下对颗粒运动速度进行了变工况分析和讨论。获得了不同测试截面的流场固粒速度，以及操作气速、床料高度和床料平均粒径等对固粒速度的影响规律。 在PIV测速系统基础上，通过二次开发的图像识别软件，实现不同工况下各截面颗粒粒径分布的测量，测量结果基本反映出实际颗粒粒径变化，证明了该方法的可行性，进一步获得了循环流化床稀相区颗粒粒径分布特性。 在对高浓度气固两相流的研究中，根据FLUENT软件现有的条件和解决工程实际问题的需要，采用单气固相双流体欧拉模型，采用模拟紊流固粒流中普遍接受的方法“颗粒流的运动理论(kinetic theory of granular flow)”，对大尺度循环流化床进行了二维数值模拟，与他人数值模拟结果和实验结果进行了对比，检验模型的准确性。将进行PIV测试的冷态循环流化床试验台作为研究对象，对冷态流化床主体进行了叁维数值模拟，目的在于对循环流化床内两相流动力特性给出较为准确的描述。同时在叁维模拟基础上，截取二维截面，将模拟结果与二维PIV冷态实验获得的对应截面结果进行了简单的比较，二者符合较好。 本文的研究工作是对PIV技术应用于循环流化床内气固多相流动特性测试和数值模拟的尝试，所取得的结果表明PIV技术和数值试验方法在测试和预测气固多相流动特性方面的准确性和有效性。
吴学成[7]2007年在《多相流颗粒运动特性的激光测试技术研究》文中指出多相流在能源、环境和化工等领域应用广泛，但是由于多相流的复杂性，目前的测试技术还远远不能满足对多相流运动特性以及工业在线测量的需求。本文针对多相流研究和测试中的几个难点，对若干激光测试技术及其应用进行了研究。首先，把高速数字摄像技术应用到了冷态循环流化床稀相区固相颗粒的旋转和碰撞等微观层面运动特性的研究中。探讨了该测试系统进行实际气固流场中颗粒旋转测量可行性，并提出了四种颗粒转速的判别方法：旋转角度人工量取法，数圈法，基于转轴重建的转速算法和基于相关性分析的计算机自动识别法。其中转轴重建算法可确定流场中部分颗粒的转轴叁维方向，并比较精确地测定其转速。而计算机自动识别算法主要针对旋转轴垂直或近似垂直于拍摄平面颗粒转速的测定；比较详细地分析了颗粒转速测量过程中的影响测量准确性和可信度的若干不确定因素；理论预测了流化床典型工况下颗粒最大转速；用颗粒轨迹验证法对所测颗粒转速的合理性进行了验证；提出了双帧频拍摄方法，有效地提高了颗粒转速测量范围。对一截面为200×200 mm高为4 m的冷态循环流化床稀相区的气固两相流进行了颗粒旋转和碰撞特性的实验研究。1)用统计的方法研究了影响颗粒旋转的因素，结果表明：在相同的流场区域中，小颗粒的平均转速高于大颗粒；同一粒径档的颗粒，平均水平横向运动速度大，颗粒的平均转速就高，但是平均垂直运动速度对颗粒转速影响较小；同一条件下，不规则颗粒的平均转速明显高于规则球形颗粒；随着流场区域颗粒碰撞频率的增加，颗粒的平均转速升高；2)对稀相区的颗粒平均转速空间分布特性进行了统计分析。研究表明，在同一工况下，稀相区横向截面上边壁区域的颗粒平均转速高于中心区域，在垂直高度方向，随着高度的增加，颗粒平均转速有降低的趋势。运行参数对颗粒平均转速空间分布的影响有：随着表观气速的增加，截面边壁区域的颗粒平均转速明显增加，但截面中心区域则无明显变化；循环物料量对颗粒平均转速分布的影响恰恰相反；而随着床料静止高度的增加，截面边壁和中心区域的颗粒平均转速均有所提高。3)对颗粒的碰撞率进行实验研究，结果表明，颗粒的碰撞率近似与颗粒浓度的平方成正比，其规律与其他学者通过分子动力学理论类比所得的碰撞率公式相符，但是需要附加一个修正系数，根据本实验的结果分析，该修正系数可取为0.42-0.68。另外，还对颗粒碰撞参数进行实验研究。其次，提出了一种便携式的和可用于在线测量的基于近后向散射的激光多普勒测量系统BLDMS，该技术基于多普勒原理测速和近后向散射光强测量粒径的原理。为了研究近后向散射测量不规则颗粒粒径分布的性能，分别进行了理论和实验研究。在理论模拟中，用散射响应带描述了实际不规则颗粒的散射响应特性，并用浮动系数k进行了表征。通过对单峰和双峰分布的多分散不规则颗粒群的详细模拟测试，表明了基于近后向散射的多普勒测量系统应用于不规则颗粒粒径分布的测试是可行的。在此基础上，自行搭建了实验系统，并利用该系统对玻璃珠和石英砂颗粒流进行了研究，主要实验内容包括转换矩阵和颗粒平均散射响应曲线的标定实验和已知颗粒群的粒径分布测试实验。结果表明，BLDMS能够很好地用于多相流中透明或者不透明不规则颗粒的速度、粒径和浓度分布的测试。最后，利用基于成像的激光相关测速技术ILCV对脉冲喷嘴出口附近高浓度的气液两相流速度场进行测试。用广义米氏理论的程序理论分析了ILCV光学系统，研究了颗粒经过测量体时产生的光信号的特点以及频谱分布，重点研究了ILCV测量体在光轴方向的有效长度。对ILCV信号处理进行研究，比较系统地研究窗函数、信号预平移、插值等辅助方法对数据处理的作用，相关性计算中各种参数的选取，以及信号的噪声、疏密等参数对计算结果的影响；搭建了实验测试平台和喷雾系统，对低速脉冲喷雾进行了详细测试，研究了不同脉冲宽度下的喷雾速度场以及喷嘴出口附近喷雾速度轴向和径向分布规律。一系列测试研究表明，ILCV可以很好地应用于喷嘴出口附近区域喷雾速度场的测量。
王裕明[8]2010年在《工业污泥与煤矸石LCFB混烧特性数值模拟及试验研究》文中研究表明不同行业产生不同的工业污泥(IS),都含有大量的病原菌和重金属等有毒有害物质;煤矸石(CR)已成为目前排放量最大的工业固体废弃物之一,具有低热值和难燃烧等特点;它们的堆放严重浪费资源、污染环境和破坏生态。对IS和CR进行无害化和资源化及高效燃烧能源化利用,可节约资源、改善环境。采用流化床燃烧技术处理工业污泥与煤矸石(IS-CR)以解决环境和能源的问题成为国内外研究的热点。IS-CR的挥发份较高、在密相区下部的燃烧强度大,低倍率循环流化床(LCFB)锅炉的密相区吸热量大、流化速度较低,采用LCFB混烧IS-CR可提高混烧的稳定性和混烧效率,减小二次污染。然而,目前国内外对IS和CR的热解特性和在LCFB内气固多相流动及混烧特性还很少进行系统的研究,这阻碍了LCFB混烧IS-CR技术的开发应用。因此,结合IS-CR的热解和燃烧动力学及流动特性,进行LCFB内气固多相流动与混烧特性数值计算及试验研究,探索和弄清它们在炉内气固流动和混烧特性,为研究开发IS-CR-LCFB洁净燃烧和推进混烧技术的学术研究、创新应用等奠定理论基础,为实现IS-CR的高效混烧,达到资源综合利用促进节能与环保,具有十分重要的学术意义和广阔应用前景。文中在深入分析IS和CR处理和利用技术现状及CFB燃烧研究基础上,应用热重法首次较系统地探索了不同种类IS单一和混合物、及CR的热解和燃烧动力学特性与机理,弄清了它们的动力学参数;同时,结合10t/h LCFB锅炉结构和燃烧特点,基于IS-CR气固多相流的运动特征,建立了炉内气固多相流动数学模型,研究弄清了IS-CR的冷态流动特性;同时建立了IS-CR的湍流多相燃烧整体数学模型,首次研究了改变燃料比、燃料特性和配风比时对IS-CR在LCFB内混烧特性的影响,并获得了IS-CR高效稳定混烧的效率和最佳工况;并依据流动和混烧数值模拟得到的特性优化设计了IS-CR-LCFB锅炉及其燃烧系统,首次在优化后的10t/h LCFB锅炉上进行了IS-CR冷态流动及混烧工业试验,试验与计算结果吻合较好。热解与燃烧动力学特性研究表明:不同种类、热解温度、升温速率和压力下对IS和CR热解过程、着火、挥发份析出和燃尽特性、综合燃烧及燃烧放热性能有重要影响;IS混合物的热解和燃烧保持了单一试样的特性,可用各单一组分特性迭加表示。升温速率、压力等变化主要影响IS和CR的失重率和热解初析温度及析出特性;IS挥发份高,易燃烧,着火和燃尽温度相对较低,燃烧性能好。CR热解初期活化能比较高,第二阶段有所降低;CR挥发份低、灰分高,燃烧特性较差,燃烧低、高温段反应级数约为1.5和2.0。CR中掺混少量IS后,着火和燃尽特性得到改善,综合燃烧特性提高,有利于IS-CR高效混烧。冷态流动特性研究表明:IS和CR的粒径控制在2～3mm范围内时,颗粒分布均匀有利于冷态点火和变负荷调整及优化燃烧;配风比8:2时,IS-CR各固相的颗粒分布均匀和稳定性好,沿床高连续性好;随燃料比中IS的增加各固相浓度分布存在一定差异,燃料比7:3时颗粒流化和浓度分布较佳;锥形、圆形和方形密相区产生较强的环核流动,并形成颗粒浓度较高的环形回流区,矩形密相区能使流化风速分段逐渐下降,保证了各截面上各固相颗粒的均匀流化,沿床高连续和稳定性好;结果表明在矩形密相区中燃料比7:3和配风比8:2时,IS-CR颗粒浓度分布和流动特性最佳。在矩形密相区锅炉中的混烧计算结果表明:燃料比7:3时IS-CR的混烧强度较高,沿床高温度分布、颗粒浓度和O_2浓度波动较小且分布较均匀。IS的特性对IS-CR混烧特性改善有较大影响,IS挥发份特性指数和综合燃烧特性指数越大,IS-CR的混烧强度越大,温度较高且波动较大,混烧效果好。随一次风量增大,密相区下部的燃烧温度增加且波动加大,密相区下部的颗粒浓度减少而上部相应增加,密相区O_2浓度大幅快速下降且均匀性差,二次风补燃效果减弱,出口温度降低,出口O_2浓度增加;配风比8:2时沿床高温度、颗粒浓度和O_2浓度分布均匀,混烧稳定性好。首次研究得到在矩形密相区中燃料比7:3和配风比8:2时IS-CR能高效稳定混烧,混烧效率最高,可达97%以上,是最佳混烧工况。根据理论计算结果,文中从锅炉选型、炉膛结构、布风板及风帽、惯性分离及返料和送风及配风等系统,进行了10t/h LCFB锅炉及其系统优化设计并确定了运行参数。在优化锅炉上的工业试验结果表明:料层阻力随料层厚度增加而增加,阻力大小与IS-CR燃料比有关。随燃料比中IS增加,颗粒浓度分布的均匀和连续性变好,但IS较大时密相区下部和上部的不均匀性增大。燃烧主要集中在密相区下部,绝热段较弱,稀相区微弱;燃料比7:3的燃烧区域的温度较高且均匀性好,混烧强度大于8:2和CR,且炉膛出口O_2浓度最低。配风比8:2时密相区燃烧温度较高且二次风穿透和补燃作用强,炉膛出口温度最高、O_2浓度最低。配风比8:2和燃料比7:3时IS-CR的混烧效果最佳。试验与计算结果差异小、吻合较好,表明数值计算中所建的数学模型和计算方法是正确合理的、数值分析结果是正确的。
桂南[9]2010年在《复杂两相流动中颗粒碰撞的DEM-LES/DNS耦合模拟研究》文中研究说明本文的研究内容分成叁部分,分别对颗粒流、流化床及旋转射流中颗粒碰撞及其相关现象采用了离散元-大涡模拟／直接模拟耦合方法(DEM-LES/DNS)进行了数值研究。其中,颗粒流的模拟方法主要离散元模拟,同时采用了实验手段作为参照和验证；流化床的模拟方法主要为离散元-大涡模拟耦合方法；旋转射流的模拟方法主要为离散元-直接模拟耦合方法。在颗粒流的研究方面,本文首先采用高速摄影和PTV算法对惯性颗粒的碰撞率的统计特性进行了研究,获得了颗粒碰撞率与颗粒浓度、直径、平均相对速度的统计关系式,并对重力场的效应进行了分析讨论。其次,本文采用直接模拟及离散元硬球碰撞模型耦合的数值手段,对均匀各向同性湍流中不同St数的颗粒碰撞率进行了进一步研究,以研究湍流影响下颗粒碰撞率的统计关系式,并进一步分析了小颗粒的碰撞凝并效应。接着,本文采用离散元硬球碰撞模型对波形转鼓内颗粒运动特性采用能量分析和角动量分析的手段进行了研究,分析了波形鼓边界的波数、振幅和转速对颗粒运动的影响。最后,本文采用离散元软球碰撞模型对圆形转鼓内颗粒混合特性,包括混合界面的分形维、混合过程的信息熵特性等进行了分析研究。在流化床的研究方面,本文首先采用离散元-大涡模拟耦合方法对叁维小尺度带埋管流化床进行了模拟研究,分析了流化床内气固两相的相间作用的变化特性和颗粒-埋管碰撞及埋管磨损的分布特性。接着,本文采用同样的方法对两维脉动流化床进行了模拟研究,研究了脉动流态化对气固两相作用力、床层压降、颗粒脉动特性等的调制作用,并分析了脉动流态化对颗粒-埋管碰撞特性的影响。最后,本文采用同样的方法对局部气流扰动对颗粒-埋管碰撞特性的影响进行了细致研究,分别对两维少数埋管、两维管排、叁维侧风等情形进行了研究,论证并揭示了局部气流扰动对颗粒-埋管碰撞规律变动的机理。在旋转射流的研究方面,本文首先采用直接模拟方法对气相旋流的涡破裂现象进行了直接模拟研究,揭示了涡破裂区域流动标量的拟序振荡特性。接着采用同样的方法对气相旋流的涡核叁维结构进行研究,揭示了不同旋流数下涡核的拓扑结构；并对旋流场的基本统计特性,包括平均速度分布、脉动速度分布曲线等进行了研究。然后,本文对气固两相旋流中颗粒受力特性、扩散及分布特性、扩散的影响因素等进行了系统研究,定量分析了不同特性颗粒的受力情况、揭示了不同特性颗粒扩散的分布形态及影响颗粒的扩散的主导因素等。最后,本文采用硬球模型-直接模拟耦合方法对气固两相旋流中的不同St数颗粒碰撞的分布及于颗粒速度的关系、碰撞与湍流性质的依赖性和关联性、碰撞对湍流的调制效应、湍流雷诺应力对颗粒碰撞的相关性等等进行了细致研究。
高琼[10]2005年在《循环流化床内部颗粒流动特性的试验研究》文中认为循环流化床内固相颗粒运动特性的研究对于揭示床内气固两相流机理具有重要意义。由于高速摄像技术具有直观、对流场不产生干扰等优点,使得这一技术在研究循环流化床气固两相流动方面得到较为广泛的应用。 本文利用高帧频的高速摄像和绿光激光对冷态循环流化床内气固两相流中的颗粒运动特性进行了实验研究,主要包括叁部分内容:循环流化床内部颗粒团的运动、颗粒旋转以及颗粒碰撞。 首先研究了气固两相流中的颗粒团聚行为,分析了不同工况下不同截面处颗粒团的形状、大小和运动过程。颗粒团形状多样、大小不一,本文分析了颗粒团的最大值尺寸。研究发现:在实验研究范围内,床内参数的改变对颗粒团的形状大小、存在时间影响不是很大。分析拍摄图像,获得了颗粒团的整体运动速度,并且从实验中得到在贴壁处下落颗粒团的速度基本保持不变。在本文研究的范围内得到颗粒团的存在时间一般在10ms-200ms之间。观察颗粒团的运动,分析颗粒团形成和破碎过程,初步探讨颗粒团的形成机理和破碎原因。同时,对颗粒团内部颗粒运动进行了一些尝试性工作。 然后,本文利用颗粒的不规则形状或不规则表面导致的颗粒图像特征点作为颗粒旋转速度判定的主要依据,并对所提出的用于消除转速误判断的双帧频拍摄法进行了理论推导和实验验证。利用Matlab、PhotoShop和ACDsee软件对稀相区截面内的颗粒图像进行优化和直观分析得到:在流化床内颗粒转速最高可达2000r/s,平均转速约为300r/s;颗粒平均转速截面边壁区高于中心区域,粒径相对较小或者平均径向速度较大的颗粒,其旋转速度大的概率较大,反之亦然;不规则颗粒的平均转速明显高于球形颗粒的平均转速。床内参数的改变对颗粒转速具有一定的影响:当表观气速或稀相区固体体积浓度增加时,颗粒平均转速有增大的趋势。并简单分析了实际颗粒在床内的受力情况。 最后,研究循环流化床内部颗粒的碰撞过程中发现:颗粒撞壁前后速度和转速都有可能发生变化。有些颗粒在撞壁前后转速上会有比较大的变化,有可能升高,也有可能降低甚至旋转方向发生变化。利用理论方法计算得到的球形颗粒撞壁后的转速和运动速度与实际值很接近,而不规则颗粒则相差很大。实际流场中颗粒之间的碰撞也较为普遍,本文就颗粒碰撞情况前后的颗粒运动变化进行了初步研究。
参考文献：
[1]. 流化床内高浓度气固多相流动和燃烧的数值试验研究[D]. 查旭东. 浙江大学. 2002
[2]. 流化床垃圾焚烧炉内流动和燃烧污染物生成数值模拟研究[D]. 曹玉春. 浙江大学. 2005
[3]. 内循环流化床的数值模拟与实验验证[D]. 盖志杰. 哈尔滨工业大学. 2006
[4]. 循环流化床气固两相流动特性PIV测试[D]. 赵晓东. 浙江大学. 2003
[5]. 高温分离器布置对循环流化床锅炉炉内动力场影响的研究[D]. 石凯. 哈尔滨工业大学. 2008
[6]. 循环流化床流动特性PIV测试和数值模拟[D]. 石惠娴. 浙江大学. 2003
[7]. 多相流颗粒运动特性的激光测试技术研究[D]. 吴学成. 浙江大学. 2007
[8]. 工业污泥与煤矸石LCFB混烧特性数值模拟及试验研究[D]. 王裕明. 重庆大学. 2010
[9]. 复杂两相流动中颗粒碰撞的DEM-LES/DNS耦合模拟研究[D]. 桂南. 浙江大学. 2010
[10]. 循环流化床内部颗粒流动特性的试验研究[D]. 高琼. 浙江大学. 2005