氣固流化床的實驗與模擬研究.pdf

1、稠密氣固流動是普遍存在的物理現(xiàn)象。作為化工和熱能動力領(lǐng)域中廣泛使用的裝置,鼓泡流化床的流動就是典型的稠密氣固流動。床內(nèi)的傳熱、燃燒和磨損等過程都是在這種流動的基礎(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,長期以來一直是一個重要的研究課題。同時,人們進一步發(fā)展了建立在流體力學(xué)基礎(chǔ)上的數(shù)值模擬方法,成為試驗研究手段的一個重要補充。本文首先討論了數(shù)值模擬過程中網(wǎng)格劃分、邊界條件、松弛因子和時間步長對結(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)在對顆粒碰撞耗散和動能的影響。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)為對動能和勢能的影響。二者對流動結(jié)構(gòu)影響的對比來看,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D類顆粒的流化過程進行了模擬,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驗進行對比。結(jié)果表明,二維模擬結(jié)果中床層膨脹比與實驗值變化趨勢一致,但高于實驗值;床層壓降和壓力脈動功率譜與實驗結(jié)果基本一致

4、。三維模擬的結(jié)果則與實驗較接近。從Froude準數(shù)和能量的角度分析,二維結(jié)果的Froude準數(shù)和動能低于三維結(jié)果,勢能則高于三維結(jié)果,在結(jié)果中表現(xiàn)為較弱的非均勻流動性和較高的床層膨脹比。實驗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、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,氣固流化床的實驗與模擬研究起始流化速度也越大,越不容易流化。因此壓力脈動的幅值越小,主頻也越小。對雙組分流化系統(tǒng),也進