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气固两相流动数值模拟及其非线性动力学分析

气固流态化技术在化工、石油化工以及能源等领域取得了许多重大的进展。近些年来,尤其以高速流态化过程如提升管和下行床的研究和应用倍受关注。但是,由于气固两相流动过程非常复杂,反应器的设计和放大目前仍依赖于经验或半经验。本论文使用先进的计算流体力学模拟和非线性分析的方法针对几个重要的流态化过程研究了系统的时均流动行为和瞬态脉动行为,从不同的角度深层次地揭示了气固两相流动过程。论文第一部分根据下行床中气固两相快速流动和颗粒浓度较高的特点,推导并建立了湍流气相-湍流颗粒相的气固两相流动模型(k-ε-θ-k_p)。该模型引入颗粒相动力学理论描述了颗粒碰撞产生的颗粒粘度和颗粒压力,并且综合考虑了气固两相湍流,即气相采用k-ε湍流模型描述,颗粒相采用k_p湍流模型,因此完善了对气固两相流动的模型描述。针对气固两相管流过程,本文提出的壁效应假设是气固两相反应器放大的一个新思路,即认为颗粒相以非弹性碰撞的机制在边壁处耗散能量,边壁只对近壁区流动产生  (本文共207页) 本文目录 | 阅读全文>>

浙江工业大学
浙江工业大学

基于粗糙颗粒的稠密气固两相流动模拟研究

稠密气固两相流动不仅包含了气体与颗粒之间的非线性耦合,还包含了颗粒与颗粒之间的碰撞耗散,从而在流动结构上呈现出强烈的时空非均匀特征。颗粒动力学理论从颗粒的微观运动和碰撞行为出发,提供了颗粒相拟流体的输运方程和本构关系,被广泛应用于稠密气固两相流动的双流体方法数值模拟研究之中。目前常用的颗粒动力学模型假定颗粒是光滑无摩擦的,仅仅考虑了颗粒法向上动量和能量的传递与耗散;然而实际颗粒都是表面粗糙有摩擦的,颗粒碰撞时应兼顾法向和切向上的贡献。因此,研究基于粗糙颗粒的动力学模型及数值模拟具有一定的理论意义和实用价值。本文粗糙颗粒动力学模型具有以下特点:一是采用库伦摩擦系数、法向和切向弹性恢复系数共同描述颗粒的二元碰撞行为,包括颗粒-颗粒和颗粒-壁面的碰撞;二是采用平动和旋转温度共同描述颗粒的脉动特征,并同时求解相应的输运方程。采用基于粗糙颗粒动力学模型的双流体方法,数值模拟了鼓泡流化床内稠密气固两相流动特性。模拟结果与实验数据及拉格朗日方...  (本文共77页) 本文目录 | 阅读全文>>

《清华大学学报(自然科学版)网络.预览》2008年02期
清华大学学报(自然科学版)网络.预览

气固两相圆湍射流中湍流调制的数值模拟

在气固两相流动中,颗粒相与气相的相互作用会对流场的质量输运、动量输运以及能量输运产生重要的影响。由于问题复杂,至今研究工作仍处于发展探索阶段,且多集中于两相流场中连续相对离散相的影响和作用。在考虑颗粒对气相湍流的作用即湍流调制方面[1-4],多集中于对单一尺寸颗粒的研究,还没有从数值模拟的角度系统地得到颗粒尺寸、浓度、材料密度、滑移速度等对湍流影响的规律。因此本文以工程中广泛存在的气固两相圆湍射流流动进行数值模拟,采用双向耦合的方法获得两相流动中颗粒相对气相湍流的调制规律,探讨颗粒尺寸、颗粒浓度及颗粒密度等因素对湍流调制规律的影响。1基本控制方程定义qr=rvr、qθ=vθ、qz=vz(vr、vθ、vz分别为r、θ、z方向的速度分量)。在忽略彻体力的情况下,不可压缩的圆湍射流流动的滤波后的量纲1基本控制方程的展开形式如下[5]:-qrr+q-θθ+r-qzz=0,-qrt+rq-rr-qr+θq-θrq-...  (本文共4页) 阅读全文>>

《锅炉技术》2004年01期
锅炉技术

带压条件下气固两相输送的试验研究

1 前言在东南大学热能工程研究所承担的国家“八五”、“九五”重点科技攻关课题“徐州贾汪PFBC中试电站”项目中 ,采用了加压气力输送装置将煤和脱硫剂送入增压流化床的燃烧室 ,其中气力输送装置中气固喷射混合器是重要部件。一般意义上的气固喷射混合器主要用于物料的常压输送 ,其基本结构如图 1所示[2 ] 。其工作原理为[1 ] :具有一定压强的气体通过喷嘴后 ,以很高的线速度通过接受室 ,接受室中的气体被射流携带 ,因而在接受室中形成一定的负压。这样料斗中与接受室中 ,压强产生一个差值 ,物料就在该压差和自重作用下进入接受室并立即被射流吸入并获得轴向速度。在喉管段 ,气固两相进一步混合均匀 ,而后呈悬浮状态进入扩散管段 ,气流速度有所降低、静压升高并继续沿管路输送。气固两相在喷射器内的流动伴随 2个重要的转化过程 ,一是射流的动量向固相的转化 ;二是射流动能向静压能的转化。作为气固两相输送的重要部件 ,气固喷射器在工程应用中具有如下...  (本文共6页) 阅读全文>>

《水动力学研究与进展(A辑)》1993年04期
水动力学研究与进展(A辑)

气固两相射流的数值研究

1引言 对气固两相射流已有不少实验研究和数值研究,但由于两相理论尚不成熟,特别是两相治流理论的复杂性,给两相喷射流的研究也带来了困难,这表现在对于两相喷射流的研究中,出现有理论结果和实验结果的矛盾。最近,黄晓清川的实验表明,大颗粒的粒子比小颗粒在射流场中扩散得更快,这和顺粒湍流跟随理论关于小颗粒总是扩散更快的预示相矛盾,而Hedman〔2二也曾有相似的结果。实验也发现〔”对于大气固流量比的湍流射流,气体的射流边界和固相的射流边界并不重合。实验也发现即使喷嘴处气固两相速度几乎相等,喷口处的非平衡这一因素在建立固体对气相湍流结构影响的模型时也必须考虑。 通常,气固两相喷射流的计算是从射流出口处开始计算的,但是一般喷嘴的尺寸很短,因此来不及充分平衡,.这样从管内开始计算,一直推进到管外是有意义的。 要较好地研究、分析两相喷射流的特征,应比较完整地研究固体颗粒在气相场中的受力情况。粒子主要受到四个力的作用,即重力、切向力、麦格努斯力和法...  (本文共8页) 阅读全文>>

《实验流体力学》2005年01期
实验流体力学

气固两相自由射流的瞬态流场研究

0 引 言  气固两相流的研究在工程中有着十分广泛的应用[1,2],如空气清新器、火箭燃烧喷出的射流、在燃烧器中喷入锅炉的煤粉等。目前已经有一些经验性的设计[3],但是对于这种流动的机理还不清楚。用等速管、PDPA或LDA等方法只能提供单点粒子的平均流场信息。而喷射过程中了解粒子浓度的瞬时分布特性比时均分布特性更为重要,因为瞬时粒子浓度对局部气体温度和密度有更大的影响。  作者应用PIV技术采用小粒子和大粒子混合,用小粒子(1μm)示踪测量气相速度,大粒子(100μm)测量固相速度和浓度,可以同时测量出气固两相射流流场的瞬时速度场和不同粒径粒子的瞬时浓度分布。同时利用Fluent软件,将气相视为连续相,固相视为离散相,计算离散相的运动轨迹时,根据离散相沿运动轨迹的热量、质量、动量的变化,将这些物理量作用于随后的连续相的计算当中。交替求解离散相与连续相的控制方程,进行两相间的双向耦合计算,与实验结果相验证。1 实验测量装置  实验...  (本文共4页) 阅读全文>>

《电站系统工程》2002年03期
电站系统工程

湍流气固两相流动数值模拟理论研究的最新进展

d前.国际上对湍派气旧两相流的数模理论研究的趋势是,无论从研究方向、内容和方法,都越来越U单相湍流的研究接近。因此,气同两相流动数值模拟与湍流气相流动数值模拟相似,均己发展了包括直接数值模拟、离散涡模拟、人涡模拟的微观模拟,工程中复杂湍流的统观模拟以及介于两者之间的概邵密度函数模拟。本文对其发展及最新进展进行综述。l 微观模拟11 直榜数何槽拟直接数值模拟是在湍流小尺度的网格尺寸内求解瞬态三维NS方程,模拟各相流场及湍流特性,是对湍流模拟的最根本方法。其优点是:一是数据精确,闲为N石方程本县是精确和自身封闭的.产生的误差只能是由数值解法所引入;其次,这种方法可提供湍流产生及发展的细节,因此该方法主要用于揭示湍流本身发生、发展的规律的研究。由于湍流脉动运动中包含着大小不同尺度的涡运动,要模拟湍流真实流动,计算网格的尺寸必须与真实涡的尺寸相对应,大应到可以包含最大尺度的涡;小应到足以分辨最小尺度的涡运动,因此,直接数值模拟要求计算机...  (本文共2页) 阅读全文>>