CO2高壓超濃相煤粉氣力輸送流動(dòng)特征的數(shù)值模擬.pdf

1、提高我國(guó)的煤炭利用效率的最主要途徑之一就是研制和推廣應(yīng)用煤氣化技術(shù)，高壓超濃相干煤粉的氣力輸送是氣流床煤氣化的關(guān)鍵技術(shù)之一，實(shí)現(xiàn)其穩(wěn)定輸送是氣化工藝的安全運(yùn)行和氣化品質(zhì)的重要保證。
　　粉體高壓超濃相氣力輸送過(guò)程中固相體積濃度高，流動(dòng)形態(tài)復(fù)雜，相關(guān)的流動(dòng)規(guī)律和機(jī)理認(rèn)識(shí)還不清晰，該研究目前在國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道還很少。本課題以國(guó)家“973”項(xiàng)目“高壓下不同載氣多原料超濃相氣力輸送機(jī)理及流動(dòng)特性研究”為背景，在本課題組已有氮?dú)飧邏撼瑵庀?/p>

2、煤粉氣力輸送數(shù)值模擬研究成果的基礎(chǔ)上，對(duì)二氧化碳為輸送介質(zhì)的煤粉高壓超濃相氣力輸送的流體動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行數(shù)值模擬研究。本文研究將為二氧化碳輸送介質(zhì)的高壓超濃相煤粉輸送試驗(yàn)研究提供補(bǔ)充和理論指導(dǎo)。
　　本文通過(guò)對(duì)氣固兩相流進(jìn)行全面的力學(xué)分析，引入顆粒動(dòng)理學(xué)理論，建立了可以描述高壓超濃相氣力輸送的氣固湍流流動(dòng)特性的三維兩相流κ-ε-κp-εp模型。該模型充分考慮了高顆粒濃度下氣固之間的曳力、氣相雷諾應(yīng)力、固相雷諾應(yīng)力、氣相速度脈動(dòng)與固相

3、速度脈動(dòng)引起的氣固之間的湍動(dòng)能交換。此外，本文引入固相湍流模式來(lái)描述顆粒團(tuán)的脈動(dòng)，修正了顆粒動(dòng)理學(xué)只考慮單個(gè)顆粒的脈動(dòng)的局限性。同時(shí)，本文采用垂直管、彎管和水平管一體化建模方式，對(duì)垂直管給定均勻濃度的進(jìn)口條件，大大改善了以往研究者對(duì)水平管和水平彎管進(jìn)口固相體積濃度給定的困難，使得模擬結(jié)果更為準(zhǔn)確、可靠。
　　通過(guò)數(shù)值模擬研究與實(shí)驗(yàn)比較分析，獲得了上升垂直管中氣固兩相流動(dòng)的速度和體積濃度分布，得到了顆粒粒徑，輸送壓力，表觀氣速對(duì)氣固

4、兩相流動(dòng)的特性的影響規(guī)律。上升垂直管中，固相濃度分布呈現(xiàn)環(huán)核結(jié)構(gòu)，氣固兩相速度在管道中心達(dá)到最大值，氣固之間的速度矢量相似；粒徑大的煤粉體積濃度分布較大，而顆粒速度較??；輸送壓力大的固相體積濃度分布相對(duì)較低，固相速度相對(duì)較大；垂直管壓降的模擬和試驗(yàn)結(jié)果吻合較好，進(jìn)一步驗(yàn)證了本文模型合理性。
　　本文通過(guò)建立垂直下降管-彎管-水平管(該水平管段簡(jiǎn)稱為下降水平管)和垂直上升管-彎管-水平管(該水平管簡(jiǎn)稱上升水平管)兩種不同輸送方式的一

5、體化管道，對(duì)水平管段的氣固兩相流動(dòng)特性進(jìn)行三維數(shù)值模擬。獲得了下降水平管段固相濃度分布的一般規(guī)律，以及煤粉粒徑、表觀氣速對(duì)下降水平管固相濃度、固相速度分布的影響規(guī)律。得到了上升水平管中氣固兩相運(yùn)動(dòng)的一般規(guī)律：固相在管道進(jìn)口段集中在管道上部，下部固相體積濃度較低，隨著輸送距離的延長(zhǎng)煤粉逐漸降落，達(dá)到固相濃度上低下高的穩(wěn)定輸送狀態(tài)。同時(shí)還得到了煤粉粒徑、輸送壓力、表觀氣速對(duì)上升水平管初始段煤粉沉降和固相濃度分布的影響。在水平管段氣固兩相穩(wěn)定