稠密气固流动中颗粒聚集现象的数值模拟

基于确定性轨道和真实碰撞,对二维稠密气固两相流动进行了数值模拟,真实展现了颗粒聚集现象从无到有的发展过程.在此基础上,对颗粒聚集现象影响因素的作用规律进行了研究.结果表明,颗粒间的相互碰撞是造成颗粒聚集的重要原因,即使在初始颗粒体积分数低至0.24%的情况下,仍然有显著的颗粒碰撞发生和聚集出现.颗粒弹性恢复系数越小、颗粒初始体积分数越大,则颗粒聚集现象越明显.这与已有的一些实验和数值计算结果是一致的.

稠密气固流动中颗粒聚集的定量评价

本文提出了定量评价稠密两相流动中颗粒聚集现象的参数和方法:用碰撞频率的大小估计颗粒聚集的强弱;用颗粒体积分数的标准偏差评价流场中颗粒分布的不均匀程度;用颗粒分布的相关系数衡量流动的相似性;用颗粒体积分数的概率分布和颗粒分布曲线描述流场细节;用高密集区域颗粒数目比例和稀疏区域面积比例来反映流场的特征部分。

稠密气固流动中的格子—确定性轨道模型

为模拟稠密两相流动中颗粒间真实碰撞过程及降低计算量,提出了格子确定性颗粒轨道模型。模型用La-grangian轨道法求解颗粒运动,并通过空间格子划分减少碰撞判断的次数。利用该模型成功模拟了二维稠密气固两相流动中的颗粒聚集现象。结果表明,模型能在合理误差范围内极大降低计算量,例如计算量降低为原模型1/99时,相对误差为17%,为模拟大尺度和复杂工况稠密两相流动奠定了基础。

空间重力环境对稠密气固两相流动特性影响的数值模拟

文章基于稠密气体分子运动论和颗粒动理学,建立气固流化反应器的稠密气固两相流动的欧拉-欧拉双流体数学模型,考虑了颗粒与颗粒之间离散介质特性,大涡模拟求解气相湍流流动,数值模拟反应器内稠密气固两相流体流动行为,得到了不同重力条件下的颗粒浓度、气相和颗粒相速度等计算结果。结果表明：空间重力环境是影响稠密气固两相流体动力特性的重要因素,颗粒脉动强度将随着重力条件的减小而增大。

稠密气固流动二阶矩摩擦应力模型和模拟

基于统一二阶矩两相湍流应力模型和稠密颗粒动力学理论,建立了欧拉-欧拉双流体二阶矩颗粒摩擦应力模型。模型充分反映各向异性的气固两相相间雷诺应力相互作用,并引入有效颗粒弹性恢复系数,考虑了因颗粒表面不光滑产生的摩擦力对湍流流动结构和颗粒弥散特性的影响,对于下降管的计算结果与实验吻合较好。因颗粒摩擦产生能量耗散降低了颗粒温度和导致颗粒雷诺应力再分布。在入口和出口区域因颗粒碰撞频率较高而产生的能量耗散对流动结构影响明显。

重力条件对稠密气固两相流动特性影响的数值模拟

基于稠密气体分子运动论和颗粒动力学,考虑颗粒与颗粒之间离散介质特性,应用稠密气固两相流动的欧拉-欧拉双流体数学模型,采用大涡模拟求解气相湍流流动,数值模拟航天环境中部分重力条件和地面重力条件下气-固反应器内稠密气固两相流体的流动行为,得到了颗粒浓度、气相和颗粒相速度以及源于颗粒间碰撞而产生小尺度颗粒脉动强度的详细分布。计算结果表明:重力条件是影响稠密颗粒流体动力特性的重要因素,重力降低有利于在系统中产生非均匀结构和增强小尺度颗粒脉动强度。

稠密气固两相流动过程模拟的改进模型与应用

提出了模拟稠密气固两相流动的改进模型。湍流流场采用改进的k-ε-εe模型,颗粒的聚合效应采用聚合力的当量直径折算模型计算。将颗粒团作为离散相,研究颗粒团的运动、碰撞、破碎与合并。应用上述模型数值模拟了循环流化床内的稠密气固两相流动。得到了床内气相速度、颗粒团分布、颗粒浓度分布及颗粒团大小分布等详细两相流场信息。计算结果合理,与前人实验结果相符。模拟结果详细揭示了循环流化床内稠密气固两相流动的基本特征。

一个气固两相流动阻力的新模型

为了解决现有经验气固阻力模型的普适性问题 ,合理描述颗粒团聚现象对气固阻力的严重影响 ,从理论分析入手 ,将传统的CFD方法与系统能量分析方法相结合 ,建立了计及颗粒团聚效应的气固阻力分析模型 .与现有模型相比 ,新模型不仅合理地描述了气固两相相互作用的物理过程 ,而且避免了以往采用经验系数所导致的误差和局限性 .经循环流化床数值模拟的检验证明 ,新模型的计算结果与实验数据吻合 ,从而在稠密气固两相流动的数值模拟中具有相当的优越性 .

稠密气固两相流中颗粒密集效应的研究与应用

从颗粒的全受力分析、气固两相流系统能量的趋于稳定法则及直接从当量直径折算这3种方法着手,经理论推导,得到了稠密气固两相流中颗粒密集效应的定量表达式,并采用得到的3种计算模型,研究了一典型的两相流场中颗粒密集效应的大小.研究结果表明,该模型是合理的,能定量揭示颗粒密集效应的大小.

循环流化床气固曳力模型

气固曳力是稠密气固两相流动,尤其是垂直流动中的主要作用力,相应的模型也是数值模拟中准确描述气固两相运动的关键.为了解决现有经验或半经验模型的普适性问题,合理描述流动中经常发生的颗粒团聚现象及其对气固曳力的影响,从理论分析入手,运用最小能量的概念,将传统的CFD方法与宏观的系统分析方法相结合,建立了一个新的计及颗粒团聚效应的气固曳力理论模型.与现有模型相比,新模型不仅具有相同的函数变化关系,可合理地描述气固两相相互作用的物理过程,而且避免了以往经验系数不准确导致的各种误差,为稠密气固两相流动的数值描述提供了重要依据.

颗粒相流动边界条件对其浓度分布的影响机制

运用描述颗粒相内部作用力的离散介质动力理论和“双流体”欧拉方法对循环流化床中 的稠密气固两相流动进行了数值模拟，并专门研究了颗粒边界条件对其在近壁区浓度分布的影 响，探讨了产生畸变的机制；比较和检验了相关的理论模型．研究表明，近壁区颗粒轴向速度 梯度大小；和在那里局部加密的计算网格，对颗粒浓度的径向分布有强烈的影响，导致浓度分 布畸变的原因是不合理的边界条件过高估计了当地颗粒的脉动强度．提出选择边界条件的原则 是允许颗粒在壁面上有一定程度的滑移．