负压差立管内气固两相流的流态特性及分析

对于出口插入密相床的立管,管内气固两相的流动特点是下行的颗粒速度大于气体速度和颗粒的逆压差流动,颗粒下行是一个减速运动过程. 管内的气固两相流的流态有两种形式,当Gs<Gsc时,流态是稀密两相流态,气流上行;当Gs>Gsc时,流态是浓相输送流态,气流下行. 两种流态可以互相转变,主要取决于颗粒质量流率的大小. 负压差立管的流态变化与气固两相之间滑落速度和轴向压力的变化密切相关,滑落速度随颗粒质量流率的增加逐渐减小,而轴向压力则逐渐增大以平衡立管的负压差.

负压差立管内气固流动的不稳定性实验分析

负压差立管内气固两相流具有流动的不稳定性,比较典型的是颗粒流量的不稳定性. 实验表明这种不稳定性主要有两种形式,一种是流量偏移,流量从一个值逐渐或突然转变为另一个值,这种现象一般发生在立管的入口或出口,是颗粒失流化架桥产生的;另一种是流量振荡,流量在一定的范围内发生波动变化,即低频脉动流动,这是颗粒逆压力梯度流动压缩气体造成的. 负压差立管气固流动的不稳定性对工艺过程的运行具有潜在的危害性.

两段式气流床煤气化炉内气固流动数值模拟研究

建立了两段式气流床煤气化炉内气固两相流动的三维计算流体力学(CFD)模型,将气体视为连续介质,在Eu ler坐标系下考察气相的运动;将颗粒视为离散体系,在Lagrange坐标系下研究颗粒的运动。利用所建CFD模型对基本设计尺寸和操作条件下的两段式气流床煤气化炉内气固两相流动进行了模拟,给出了两段式气流床煤气化炉内的气固两相流动的规律和颗粒的分布规律。在此基础上,针对不同的结构(喉口直径变化)和不同的操作条件(两段气固进料量变化)进行了一系列的模拟比较。结果表明,喉口直径的变化对于炉内气固两相流动及颗粒分布有重要影响。随着喉口直径减小,喉口附近区域的气相回流增强,颗粒运动轨线变得更加曲折,颗粒分布发生明显变化。两段气固流量的改变可以明显改变炉内气固流动,随着一段反应区的气固流量增加和二段反应区气固流量减小,一段反应区内的气相回流更加显著,二段反应区气相回流减弱,颗粒螺旋上升运动增强,反应器边壁处颗粒浓度增大,颗粒沉积现象减弱。

静电传感器空间滤波效应及频率响应特性

介绍了静电传感器空间率波的基本原理,分析了静电传感器空间率波特性,在此基础上推导了传感器的频率响应特性.并在重力输送颗粒流装置上对静电传感器测量系统的动态特性进行了实验研究.理论和试验结果表明:静电传感器在空间频域上充当低通滤波器,而且径向位置越小,空间频带越窄;电极轴向长度越小,空间频带越宽;在时间频域内测量系统相当于带通滤波器,电极的轴向长度和颗粒径向位置对频带宽度的影响与空域频率特性相似;此外,颗粒速度越大,时域频带越宽,颗粒尺寸越大,频带越窄.

气固两相流中颗粒时均速度的测量新方法

根据互相关测速技术提出了一种测量颗粒时均速度的新方法,与Aguillon和Nieuwland提出的方法相比,本方法不仅考虑了采样时间内向上及向下运动颗粒微元体的速度和数量变化,而且还考虑了所测颗粒微元体的浓度变化. 为了比较几种测量方法间的差别,采用PV4A型光纤测量仪,在循环流化床冷态实验装置上测量了不同操作条件下的颗粒速度,并对3种方法的计算结果进行了对比. 结果表明,在高气速、低颗粒浓度条件下,3种方法计算的颗粒时均速度相差较小,而在低气速、高颗粒浓度条件下,3种方法计算的颗粒时均速度相差较大,并且本文方法所计算的颗粒质量流率与实际测量值最接近.

垂直管道中塞状流的模拟

运用简化的硬球模型模拟垂直管道中的塞状流. 固相行为通过跟踪离散颗粒的运动轨迹处理,气相运动由局部平均的NavierStokes方程处理,气固两相间的耦合作用服从牛顿第三定律. 每个颗粒的运动过程被分解为颗粒间相互碰撞的过程及流体对其悬浮的过程. 该模型定性地模拟了垂直管道中的塞状流,即在细而长的管道中,颗粒形成沿管道运动的塞状物,且塞状物的运动速度独立于塞状物的长度,但随着气体速度的增加而增加.

水平渐扩管后气固两相流流动特性的试验研究

为研究气固两相流流经水平渐扩管后的流动特性,采用PIV技术对不同粒径固体颗粒、不同气体流量以及不同颗粒入口位置的气固两相流流动工况进行测试。试验发现,在管道截面扩大后,固相的存在明显加快了气相的速度,并且只有一定直径的固相才能使气体获得相对较高的速度;对于同一流量,固相颗粒的入口位置不同,也会对颗粒在管道中的流动速度产生很大的影响。

激光金属直接制造中工艺参数对粉末利用率影响的模拟研究

为了获得激光金属直接制造中工艺参数对金属粉末利用率的影响规律,建立了粒子被熔池吸收的物理模型,应用气固两相流理论对其模型的流场进行了数值模拟,采用FLUENT软件中的离散相模型中的欧拉-拉格朗日类中的颗粒轨道模型实现了粉末颗粒的跟踪,计算了流场中的粉末颗粒的浓度及速度分布规律。计算结果表明:随激光光斑直径、激光功率的增大和扫描速度的减小,粉末利用率会随之增大;随载气速度、送粉量及保护气流量的增加,粉末利用率呈现先增大后减小的趋势。所得结果对试验选择加工工艺参数具有参考价值。

旋流场与重力场中的气固流动及热质传递规律

为了优化直管气流干燥器的设计、操作与控制及推动旋流干燥器的工业应用与设计研究，综述了近年来有关重力场与旋流场中的气固流动及热质传递规律。

土方施工阶段扬尘扩散特征数值模拟

土方施工是建筑工程施工中扬尘排放最为显著的阶段,会造成严重的大气环境污染。为了制定有效的防控措施,需对扬尘质量浓度及分布规律进行分析。采用欧拉-拉格朗日气固两相流数学模型,对土方施工阶段不同基坑深度、不同风速下颗粒物的扩散过程进行数值模拟,并得到不同工况下颗粒物的扩散特征。结果表明,围挡和基坑壁对施工扬尘的扩散有抑制作用,但随着风速增加,抑制作用变小。相同风速下,随着基坑深度增加,扩散到基坑外面扬尘颗粒物的质量浓度降低,当基坑深度由2 m变为6 m,风速为3 m/s时,每个点位的质量浓度平均下降6.6%左右;当基坑深度由2 m变为6 m,风速为6 m/s时,每个点位的质量浓度平均下降9.5%;当基坑深度由2 m变为6 m,风速为12 m/s时,每个点位的质量浓度平均下降11.6%。障碍物的迎风面、2个障碍物之间以及围挡边缘的颗粒物质量浓度显著高于其他区域,应重点监测并做好降尘措施。

固体火箭发动机有约束流场推力特性计算

为计算带约束流场的固体火箭发动机推力特性，建立了一维准定常变截面的内弹道计算和约束流场流动的数学模型。计算结果表明，约束流场使推力增加１４％，冲波进入喷管扩张段。与试验结果很接近，表明计算模型正确，可用于其它型号带约束流场的推力特性计算。

关于一维非定常气─固二相流特征理论的讨论

本文研究了一维非定常气－团二相流的特征，对于目前常用的、包含一定近似的运动方程组，它有两个虚部很小的复根，研究表明这种很小的虚部出现与方程中引入的近似有关。从十多个算例的结果看，这样的虚部不影响人们在工程计算中用该方程组求解初值问题。针对具有上述特征的气－团二相流方程组，本文发展了一种类特征线方法，它保留了双曲型方程特征线方法的若干优点，但它允许方程的特征根中有微小的虚部。含灰气体激波管流动的计算表明，类特征线法具有精度高。

基于计算流体动力学的颗粒磨蚀管道弯头研究

为了探究气-固两相流中颗粒对管道弯头的磨蚀机理,采用计算流体动力学软件对90°弯头进行磨蚀模拟研究。结果表明：颗粒在弯头内的轨迹是先汇聚、后发散的过程,弯头壁面上颗粒汇集程度最大的位置也是磨蚀最严重的地方;随着气流速度与颗粒粒径的改变,最大磨蚀点分布在与x=0坐标面夹角为70~90°的截面之间,并且分布在z=0平面的一侧;最大磨蚀率与颗粒流量成正比;在颗粒质量流量为0.1 kg/s的条件下,当颗粒粒径小于45μm时,气流速度对最大磨蚀率影响不大,当颗粒粒径大于45μm时,最大磨蚀率与气流速度接近二次多项式关系;当气流速度为20 m/s时,粒径介于45~75μm的颗粒的磨蚀率最大,而且颗粒流量越大,这种趋势越明显。

高低并列式重油催化裂化汽提器挡板的结构优化

催化裂化汽提器的汽提效果对装置产品收率、能耗和长周期平稳高效运行有重要影响。高效的汽提器不仅可以提高轻质油品的收率、改善产品分布,更能降低再生器的烧焦负荷、减少催化剂的水热失活。当前常用的汽提器主要呈现两种结构形式,其一为填料结构汽提器,该汽提器空间利用率和汽提效率很高,但填料容易被焦块堵塞,不易清理,因而不适宜于重油催化裂化装置;另一种汽提器为挡板结构汽提器,该汽提器结构简单、汽提效率高、运行周期长,应用非常广泛。开孔挡板结构汽提器作为挡板结构汽提器中应用最广一种,其挡板区内气固流动特征及流场分布特点目前还研究较少,同时受实验条件和测量方法的限制,工业尺度开孔挡板结构汽提器更是鲜有研究报道。本研究将运用双流体模型结合分段曳力模型对一套工业规模催化裂化装置的锥环形挡板汽提器进行模拟,考察其流场特点和气固流体力学行为。发现模拟所得床层密度与工业实测值能较好吻合。模拟结果表明:挡板区内蒸汽并不严格呈“S”形穿过各块挡板向上流动,相邻环形挡板0.85<r/R<1的区域及相邻锥形挡板0.35<r/R<0.5的区域存在明显的气相短路现象,导致挡板上方催化剂浓度的径向分布很不均匀;同一块挡板上各排小孔蒸汽通量Qi/Ai随小孔高度的降低而减少,这是挡板区出现气体短路的重要原因;采用能使蒸汽合理分配的挡板结构后,挡板区蒸汽短路现象减弱,挡板上方催化剂分布趋于均匀,流化效果及气固接触改善。