基于CPFD方法的生物质燃气旋风分离陶瓷膜一体化除尘器仿真

为缩短高温燃气除尘工艺,提高除尘效率,提出了一种耦合复合陶瓷膜组的一体化旋风除尘器。在温度为573 K的条件下对陶瓷膜的流动阻力进行了实验研究,考察了流量和压力对单个陶瓷膜过膜压降的影响,得到过膜压降与流速之间的关系式,基于计算颗粒流体力学(CPFD)方法模拟了除尘器内部的气固两相流动特性,探讨了生物质燃气除尘过程中内部颗粒的分布规律、速度和停留时间,探究了复合陶瓷膜组对除尘器压降和效率的影响。结果表明:在入口温度为573 K、压力为111325 Pa、进口气体积流量为7909 m^(3)/h的条件下,较之无陶瓷膜组的除尘器,一体化除尘器内部粉尘颗粒的停留时间更长,其对粉尘颗粒捕集效率更高,颗粒聚集性能更好,除尘效率从91.2%提升至99.7%,然而总体压降增大了78 Pa。

10 MW_(th)化学链燃烧反应装置的CPFD模拟

对自主设计的10 MW_(th)化学链燃烧装置进行了全流程全尺度的计算颗粒流体力学(CPFD)模拟,得到了系统内详细的气固两相流流体动力学信息。首先基于经典实验验证了各曳力模型的可靠性,利用优选的EMMSYang曳力模型对系统进行了全流程模拟,分析了系统内的压力平衡,之后分析了系统内的固体循环流量,反应器内固含率分布、压力分布等关键参数,补充了实际运行过程中难以测量的细节信息,同时可以指导操作条件优化及反应器调控策略。模拟结果显示,系统实现了良好的压力平衡,空气反应器出口固体循环流量达到103.80 kg/s,燃料反应器出口固体循环流量达到40.10 kg/s,底部返料阀返料顺畅,使得系统快速达到稳定运行状态。

基于CPFD方法的煤气化气固流态化及输送过程强化

煤粉给料罐是煤粉输送系统中必不可少的一环。某气化技术工艺的煤粉给料罐采用底部流化、侧面出料的方式,内部装有复杂的内构件与出料管道。本文以气固两相流数学模型为基础,采用CPFD(computational particle fluid dynamics)方法,对给料罐内部流化状态开展流体动力学仿真模拟,分析煤粉给料罐内气固两相流的流动特性,模拟给料罐内煤粉疏松、输送的过程,研究影响该给料罐煤粉输送稳定性的影响因素及其规律。

基于闭式热泵沸腾床干燥器流化特性与干燥的CPFD数值模拟

采用闭式热泵沸腾床干燥器可在高效干燥的同时实现干燥介质除湿、加热循环再利用,又因其结构相对较为简单,易于实现工业化放大。为能够进一步地探究其颗粒的流化特性和干燥过程,基于计算流体力学Barracuda CPFD理论方法,以典型农副产品胡萝卜颗粒为例,对闭式热泵沸腾床干燥器中胡萝卜颗粒的流化特性和干燥过程进行数值模拟计算及分析。通过对比CPFD的模拟计算数据及同等条件下的实验数据可知,Ganser曳力模型能够较为准确地预测胡萝卜颗粒在沸腾床中的流化特性和干燥效果。该文验证CPFD的数值计算方式能够准确地预测闭式热泵沸腾床干燥器内部的颗粒流化特性和干燥过程,具有十分广大的应用前景,为同类型的沸腾床干燥器的工业级放大的研究以及新型闭式热泵沸腾床干燥器的工艺设计和参数调配提供可靠的指导。

基于CPFD方法的U_(3)O_(8)氢还原流化床反应器数值模拟

气固流化床因具有气固接触效率高、相间传质传热快等优点已用于天然铀转化工艺的多个环节,但目前对这类高密度颗粒系统的流化反应性能认识不足,难以对其精确设计和操控。采用计算颗粒流体力学(computational particle fluid dynamics,CPFD)方法对工业尺度连续U_(3)O_(8)还原流化床进行全三维数值模拟,对不同颗粒粒径分布的流化床还原系统中宏观气固流动、传热、反应特性等重要参数进行统计分析。结果显示,在氢气过量80%的条件下,3种不同粒径的颗粒在流化床中的流化状态均表现不佳,大部分区域颗粒处于非流化状态,床层膨胀率低。分析出口处产物分布发现,颗粒粒径越小产物的转化率越高,然而由于流化状态普遍较差,即便是在粒径较小的条件下转化率的总体水平仍然偏低。以上结果表明,在实际操作中可能需要进一步优化流化床的操作条件和结构形式,以提高流化效果和反应转化率。本研究期望能够为高密度颗粒在流化床中的流动与反应特性的深入认识提供新的视角和方法,为核化工及相关领域的技术进步提供有力支持。

基于CPFD方法的660MW超临界CFB锅炉循环回路均匀性研究

采用计算颗粒流体力学(CPFD)方法对某660 MW超临界循环流化床锅炉的炉膛、分离器和下部料腿进行了模拟,分析了锅炉负荷、分离器出口压力、一二次风配风和非均匀二次风对各回路固体流率的影响。结果表明:在稳定性分析中,压力模拟值与锅炉运行数据的平均偏差为9.6%,循环回路固体流率平均值与设计物料流量的平均相对偏差为9.49%;中间循环回路固体流率较高,回料口与中间分离器的非对应布置对左、右半炉的总固体流率影响不大;较高的分离器出口压力对不同回路固体流率的分布影响较大,当出口压力较低时,其影响减少;均匀性最好的配风比为50∶50,在此条件下,分离器固体流率的相对极差为5.97%;当炉膛中部的二次风量减少至24%时,相对极差减小到8.45%。

基于CPFD的煤粉给料罐结构优化数值模拟研究

针对气化炉的煤粉给料罐中气固两相流态化输送过程的时空迁移规律,以气固两相流数学模型和CPFD方法为基础,借助数值模拟软件Barracuda,对给料罐进行建模和流体力学计算,探讨了煤粉颗粒固相流动特征,考察了给料罐出口速度分布特征。同事对于给料罐的输送管线结构的影响进行了探讨和优化,为生产装置的技术改造的可行性提供了理论评判依据。

基于CPFD模型的3D打印旧砂热法再生系统的燃烧室流场分析

对3D打印旧砂通常使用热法进行回收,因此,需要对燃烧室内部流场有一个全面的了解。基于计算颗粒流体力学(CPFD)模型,设计了新型的燃烧室,将流场和燃烧模拟相结合,进行了燃烧室流场特性分析,包括内部两相流、温度场和燃烧产物,同时也验证了CPFD方法的可行性。

CFB密相区大颗粒横向扩散系数的CPFD模拟

运用一种离散单元法(DEM)计算颗粒流体力学(CPFD)对尺寸为900 mm×100 mm×1200 mm的准三维流化床的密相区大颗粒扩散行为进行研究。模拟之前,依照前人实验研究对CPFD方法进行验证,模拟结果与实验结果符合较好,证明了CPFD方法模拟的有效性。模拟中通过注入示踪粒子的方法来研究大颗粒在密相区中的横向扩散系数,研究了流化风速、颗粒直径对颗粒横向扩散系数的影响。模拟结果显示,气泡是引起密相区内颗粒混合的主要因素;随着流化风速增加,颗粒横向扩散系数变大;随着颗粒直径增大,颗粒横向扩散系数减小。

鼓泡床密相区多组分床料扩散的CPFD模拟

鼓泡床密相区颗粒的混合和扩散对炉内反应速率影响巨大,研究冷态鼓泡床密相区的混合情况,对热态锅炉研究提供参考。采用计算颗粒流体力学(CPFD)方法,对158 mm(长)×158 mm(宽)×400 mm(高)的长方体模型进行模拟。主要研究不同流速下,不同质量分数的压缩木屑、稻壳的颗粒体积分数和横向扩散系数。模拟结果表明,与稻壳相比,压缩木屑颗粒体积分数更大,床层膨胀程度更小;生物质的质量分数越大,密相区颗粒体积分数越大,床层膨胀程度越小,床层整体流化不均匀性越小;扩散系数随流化风速、生物质的质量分数的增加而增大;相同质量分数下,压缩木屑的扩散系数略小于稻壳。

基于CPFD的流化床数值模拟

流化床的数值模拟在流化床结构设计和放大中有着重要作用,目前得到广泛应用的多种基于CFD的数学模型在工业尺度的计算中存在不同缺陷。本文引入一种基于CPFD理论的方法,对射流流化床和鼓泡流化床分别进行了数值模拟,结果显示该方法能够有效模拟大量颗粒的两相流体系,反映颗粒和流体的真实运动状态。

流化床布风板部分堵塞对床内气固流动影响的CPFD模拟研究

基于计算颗粒流体力学(CPFD)方法,进行了三维流化床局部堵塞模拟研究。通过观察局部堵塞对床内流化状态及混合特性的影响,对产生高浓度区域的影响因素进行了分析。结果表明:局部堵塞会导致床内存在高浓度区域,影响床内颗粒的混合;局部堵塞导致的高浓度区域呈向周围扩散的趋势;随着流化风速的增大,高浓度区域扩散程度减弱,床层高度对其扩散程度的影响较小,堵塞面积的增大在一定程度上会增强高浓度区域的扩散程度。

基于CPFD方法的燃煤电厂烟气脱氯模拟研究

为了降低锅炉尾部烟道内HCl质量浓度,减少废水的产生,将Ca(OH)_(2)雾化浆液喷入尾部烟道,针对Ca(OH)_(2)浆液脱除烟气中HCl的脱氯过程,以某330 MW锅炉尾部烟道为研究对象,基于计算颗粒流体力学(CPFD)方法建立脱氯过程中烟气与Ca(OH)_(2)浆液间的传热传质模型及化学反应模型,分析了钙氯化学计量比、烟气速度、烟气温度、液滴温度、液滴粒径、浆液质量分数及HCl和SO_(2)质量浓度对脱氯效率的影响。结果表明:随着化学计量比的增加,脱氯效率逐渐升高,但升高幅度逐渐减小;相同化学计量比时,烟气速度、液滴温度和烟气中SO_(2)质量浓度对脱氯效率几乎没有影响,脱氯效率的变化在3.65%以内;烟气温度升高、浆液质量分数增大和HCl质量浓度减小都会降低脱氯效率;脱氯效率随着液滴平均粒径的增大先升高后降低,当液滴平均粒径为80μm时,脱氯效率最高;在实际应用中,必须选择合理的化学计量比及液滴粒径和浆液质量分数,在提高脱氯效率的同时以防对尾部烟道及后续设备产生不利影响。

基于CPFD的流化床反应器的数值模拟

流化床反应器已被广泛应用于冶金等领域,其结构设计、优化与放大至关重要。本文利用计算颗粒流体力学(CPFD)商业软件对两种典型的流化床反应器的颗粒-流体流动进行了数值模拟,结果显示该方法能够有效模拟颗粒和流体的真实运动状态,可以为设计人员和使用人员的设计、选型、控制和操作提供相应的理论依据。

大型循环流化床环形炉膛中气固流动特性的CPFD数值模拟

环形炉膛理论上可有效解决大型循环流化床中二次风穿透不足的问题,其内外环壁面的设计也为更多的受热面提供了充足的空间,是一个具有明显优势的新型炉膛结构.本文使用CPFD数值模拟方法,对循环流化床环形炉膛冷态实验台内气固流动特性进行研究.模拟得到的炉内轴向压力分布和返料流率均与实验结果吻合较好.在此基础上分析炉内气固流动特性以及炉膛出口气固流动不均匀性,研究结果为环形炉膛的设计优化提供有价值的信息.

基于CPFD方法的流化床生物质气化数值模拟

基于计算颗粒流体动力学(CPFD)建立了三维鼓泡流化床水蒸气-空气混合气化的数值模型,并进行了模型验证,结果表明模拟和实验具有良好的一致性。在该模型的基础上,研究了气化炉内气体分布以及温度分布;同时探究了生物质属性(颗粒粒径、含水率、种类)以及操作条件(气化温度、床料高度)对气化特性的影响。结果表明,生物质颗粒粒径对气化性能的影响存在一个最优值,平均粒径为0.6 mm是最佳的;较高的含水率会降低可燃气体产量,不利于气化反应的进行;四种生物质中,锯末气化的效率最高、可燃气体产量最大、气体热值最高,稻壳仅次于锯末但其碳转化率高于锯末;提高气化温度可以增加可燃气体的比例、提高气化效率;而初始床层高度的变化可以改变H2/CO的比例。本实验为生物质水蒸气/空气气化提供了理论参考,有助于生物质原料的选取和处理,也有助于气化炉的放大和优化。

三维单旋导向挡板鼓泡流化床内气固流动的CPFD模拟

单旋导向挡板是一种广泛应用于流化床反应器中的横向内构件,研究其对鼓泡流化床内气固流动的影响具有重要意义。采用计算颗粒流体力学(CPFD)方法耦合Igci曳力模型研究带有两层单旋导向挡板的鼓泡流化床内的三维气固流动,并与空筒鼓泡流化床作对比。首先将轴向和径向时均固含率分布的模拟结果和实验数据进行对比,验证了该计算方法的可靠性;随后考察了单旋导向挡板对鼓泡流化床内气泡平均当量直径沿床高的分布以及气体停留时间分布的影响,计算结果表明,单旋导向挡板对大气泡具有一定的破碎作用,在挡板影响区域内气泡平均当量直径变小。同时,有、无挡板流化床内的气体停留时间分布曲线与其数学特征基本一致,表明单旋导向挡板的存在对鼓泡流化床内的气体返混没有明显影响。

基于CPFD多密度矿物颗粒选择性分离行为研究

基于Barracuda仿真计算平台计算颗粒流体力学(CPFD)方法,建立多密度矿物颗粒干法选矿装置内部流场有限元模型,通过试验验证有限元模型的正确性,研究多密度矿物颗粒选择性分离行为对矿物颗粒分选富集效果的影响。结果表明:多密度矿物颗粒干法选矿装置可以有效的分选富集高密度有价金属钨、锰和铜;多密度矿物颗粒组分钨的品位随着粒径的增加而提高;当风速4.2m/s,矿物颗粒钨在分布距离170mm处分选品位较好,在开口为4mm时品位可达10.655%;矿物颗粒锰在分布距离270mm处富集程度最佳,开口为3mm时品位达到最大值48.3%。

300 MW循环流化床锅炉气固流动特性的CPFD模拟

采用计算颗粒流体力学(CPFD)的方法对300 MW循环流化床锅炉内的气固两相流体动力学参数进行全床数值模拟研究,重点分析了循环流化床锅炉炉膛以及回料阀的气固流动特性,获得固相颗粒浓度和速度场在炉膛内的分布以及固体循环流量、系统压力平衡、回料阀的运行情况等锅炉关键参数。结果表明:颗粒浓度的轴向分布呈现明显的密相区和稀相区两部分,模拟得到的轴向压力分布与实际工况吻合较好,验证了CPFD方法模拟循环流化床锅炉的准确性;锅炉回料阀内压降最大,这与床料分布相符;回料阀返料室流化程度较高,而输运室流化程度较小,呈现鼓泡床状态,气泡大都贴壁逃逸。

气流床气化炉的CPFD数值模拟

利用CPFD(computational particle fluid dynamics)模拟方法对三维、全尺寸的气流床气化炉进行了模拟计算,建立起了适用于CPFD模拟方法的气化模拟模型。模拟结果与实验数据相一致,说明模型基本准确且CPFD模拟方法适用于气流床气化过程的模拟。借由CPFD模拟方法给出了颗粒相在气化炉中的具体反应历程及颗粒停留时间的概率分布;结果表明,在单喷嘴顶喷的气化炉中,同时存在颗粒相的轴向流动短路及返混,短路主要发生在炉中心区域;颗粒在炉中心区域反应剧烈而边壁区域反应则很缓慢,而且从气化炉流出的第一股短路颗粒主要由充分反应了的粉煤颗粒构成。