密相氣固兩相流流動(dòng)數(shù)值模擬及基于多物理場(chǎng)的傳感器建模方法研究.pdf

1、密相氣力輸送是固相顆粒的主要輸送方式。密相氣力輸送屬于濃相氣固兩相流動(dòng)，具有流型復(fù)雜、固相濃度、速度分布等流動(dòng)參數(shù)變化劇烈的特點(diǎn)，造成固相流動(dòng)參數(shù)的準(zhǔn)確測(cè)量尤為困難。
　　在兩相流檢測(cè)領(lǐng)域，由于缺乏與密相氣力輸送流動(dòng)機(jī)理分析的有效結(jié)合，忽略了流場(chǎng)與電容檢測(cè)場(chǎng)的相互作用，僅在單一檢測(cè)場(chǎng)下研究傳感器特性，所構(gòu)建的理論模型和有限元分析模型過(guò)于簡(jiǎn)單。因此，提高密相氣力輸送固相流動(dòng)參數(shù)的測(cè)量精度，一方面需要研究多相流的流動(dòng)形態(tài)演變規(guī)律，本文

2、采用數(shù)值模擬方法進(jìn)行氣固兩相流的流型演變分析;另一方面，需要研究多物理場(chǎng)下的傳感器建模方法。
　　本文針對(duì)上述問(wèn)題，以密相氣力輸送過(guò)程為研究背景，以陣列式電容傳感器為研究對(duì)象，以流體分析軟件FLUENT和有限元分析軟件ANSYS為研究平臺(tái)，以模擬仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證為研究方法，對(duì)密相氣力輸送過(guò)程固相物料流型演變規(guī)律及多物理場(chǎng)下的傳感器信號(hào)進(jìn)行分析。本文主要完成如下工作:
　　(1)基于CFD前處理建模軟件，分析多相流模型特點(diǎn)，建立

3、管道模型及適用的網(wǎng)格體積單元模型;針對(duì)密相氣力輸送特點(diǎn)，對(duì)正應(yīng)力模型及摩擦剪切粘度模型進(jìn)行修正，引入顆粒動(dòng)力學(xué)理論，建立基于歐拉坐標(biāo)下的湍流流動(dòng)三維多相流模型;
　　(2)考慮流體與顆粒間的雙向耦合作用，編寫(xiě)氣固相間曳力函數(shù)及管道入口氣固相邊界條件用戶自定義函數(shù)(UDF)，采用SIMPLE算法求解計(jì)算;
　　(3)分析顆粒相各物性參數(shù)及操作條件對(duì)密相流型形成及變化的影響，總結(jié)流型演變實(shí)現(xiàn)的相應(yīng)邊界條件，再現(xiàn)柱塞和堆積層的形成

4、、流動(dòng)過(guò)程;重點(diǎn)分析柱塞流的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)階段，并確定影響柱塞穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)區(qū)間的因素及其影響關(guān)系。
　　(4)針對(duì)密相輸送流型以沙丘流和柱塞流為主，提出一種結(jié)合流型與固相濃度分布同時(shí)測(cè)量的陣列式電容傳感器結(jié)構(gòu)形式。研究該陣列式電容傳感器的基本結(jié)構(gòu)、測(cè)量原理及傳感器信號(hào)特點(diǎn)，并分析靜電場(chǎng)的有限單元法;采用分區(qū)式間接耦合方法，建立流場(chǎng)與電場(chǎng)耦合作用下的三維傳感器有限元模型;
　　(5)基于仿真計(jì)算結(jié)果分析固相顆粒流動(dòng)參數(shù)在不同密相流型下的