欧拉-欧拉双流体模型中颗粒黏性对液固散式流态化的影响

采用无黏性双流体模型、基于颗粒动理学的双流体模型以及Brandani和Zhang简化双流体模型探究了颗粒黏性对液固散式流化特性的影响规律。经与文献中实验数据和Gibilaro公式计算值对比后发现:3种双流体模型均能较好地预测整体固含率,与实验值相对偏差在3%以内,其中无黏性双流体模型和简化双流体模型对固含率预测更符合散式流态化特点;3种双流体模型对时均颗粒轴向速度预测均呈现整体环核结构的固有属性,其中简化双流体模型在较低和较高两组液速工况下预测的相对偏差平均值分别为0.277和1.028;当入口液速突然变化后,收缩过程中简化双流体模型对响应时间预测准确度略高,而膨胀过程中因低浓度区界面不稳定以及膨胀过程中床内颗粒形成的由浓到稀过渡段延长了稳定时间,3种模型预测均与理想过程存在一定偏差,其中液速较低时三者差异不明显,但液速较高时简化双流体模型准确性略高。基于颗粒动理学的双流体模型对动态过程模拟的计算耗时最长。

循环流化床多组分颗粒气固两相流动模型和数值模拟

基于稠密气体分子运动论和颗粒动力学 ,考虑多组分颗粒中颗粒组分与颗粒组分、颗粒组分内颗粒之间的相互作用以及气体与颗粒之间的相互作用 ,提出多组分颗粒非等温颗粒气固两相流动模型 .以颗粒压力、径向分布函数、黏度、颗粒碰撞耗散等耦合各颗粒组分间和颗粒间的相间作用 .采用大涡模拟方法模拟气相湍流流动 .提出了多组分颗粒的径向分布函数计算方法 .对循环流化床上升管中双组分颗粒气固两相流动特性进行了数值模拟 ,模拟结果揭示了上升管中双组分颗粒气固两相流动的环 核流动结构 ,得到了平均颗粒粒径的轴向和径向分布规律 ,计算结果与文献中实验结果相吻合 .

用双流体颗粒-壁面碰撞模型模拟混合层流动

将考虑壁面粗糙度的双流体颗粒-壁面碰撞模型加入到二阶矩两相湍流模型中,模拟了平面混合层两相流动。结果表明,考虑壁面粗糙度的模型的模拟结果与不考虑的结果相比,给出的纵向平均速度更小、纵向脉动速度更大,与实验值更接近。对于大颗粒,这种影响尤其明显。这些趋势与颗粒轨道模型的模拟结果定性上一致。这表明,窄通道内大颗粒和壁面的碰撞对颗粒流动特性有更显著的影响。

稀颗粒群双流体模型应用于底部排气弹减阻性能研究

依据稀颗粒群假定下的双流体简化模型 ,采用NND和MacCormack方法 ,本文对底部排气弹底部减阻性能进行了研究。分析了非平衡气 -粒两相流中颗粒相浓度变化对底排弹减阻性能的影响。和实验比较 。

循环流化床提升管气固湍流的计算流体力学模拟——k-ε-k_p-ε_p-Θ5参数双流体模型

提出了用k -ε-kp-εp-Θ 5参数的双流体模型来模拟循环流化床提升管中的气固湍流 .模型用颗粒动力学理论描述颗粒与颗粒间的碰撞 ,用低Reynolds数湍流方程分别模拟气相和颗粒相的湍动 ,并且考虑了气固两相湍动的相互作用 .模拟所得颗粒速度和浓度的径向分布与实验结果吻合良好 .分析表明 :在时间和空间域上 ,采用颗粒相湍动与颗粒间碰撞分离处理和颗粒相湍能及耗散方程的引入是合理的 ;颗粒相湍动与两相湍动相互作用的封闭条件是影响模拟结果的重要因素 .

非均匀气固流态化系统中颗粒流体相间作用的计算

曳力系数是双流体模型模拟气固两相流动的关键参数 .文献中应用的关联式都基于平均方法 ,不再适用于模拟快速流态化系统的非均匀流动结构 .本文试图阐明非均匀结构对曳力系数的影响 ,应用改进的能量最小多尺度模型提出一种计算微元体曳力系数的新方法 .计算结果表明应用该模型计算出的曳力系数远小于基于平均方法关联式的计算结果 ,符合实验得出的结论 .

颗粒流体两相流模拟方法的讨论和展望

根据建立模型时对系统分解方法的不同,将颗粒流体两相流模型分为双介质模型和两相模型两类。通过分析颗粒流体两相流的流动特性和两类模型的优缺点,提出了结合两类模型的模拟方法,即:用两相模型分析系统的不均匀结构、操作模式和流域转换,用双介质模型分析均匀系统流场和动态行为,对于非均匀颗粒流体系统结合两类模型,实现对颗粒流体两相流流动特性的完整认识。

颗粒流体系统的格子Boltzmann数值方法研究进展

介绍Euler-Lagrange框架下基于格子Boltzmann方法LBM(Lattice Boltzmann Method)发展的两种不同层次(即不同时-空尺度和精度)的颗粒流体系统离散模拟方法,即格子Boltzmann颗粒解析直接数值模拟(LB-based PR-DNS)方法和格子Boltzmann离散颗粒模拟(LB-based DPS)方法,总结了Euler-Euler框架下基于格子Boltzmann双流体模型(LB-based TFM)方面的探索研究。LB-based PR-DNS方法中颗粒尺寸远大于格子步长,能够直接解析出流体在颗粒表面的流动以及颗粒所受完整的动力学信息;LB-based DPS方法中格子步长远大于颗粒直径,其在计算精度、时间耗费和计算效率之间能达到很好的平衡,可获得流体的宏观平均流动及颗粒的运动轨迹信息。LB-based DNS和DPS是探索颗粒流体系统的有力手段,但LB-based TFM应用于模拟颗粒流体系统仍需进一步探索。

基于MECST气固相间曳力模型的气体-颗粒团聚物流动特性的数值研究

由颗粒非均匀流动结构中各个尺度内能量守恒的角度出发,建立了气固两相流系统的整体和局部参数与气固相间曳力的相互关系,提出了基于颗粒悬浮输送能量最小(MECST)气固相间曳力模型;并将其应用于欧拉-欧拉双流体模型中,数值模拟循环流化床提升管内气体-颗粒-颗粒团聚物的流动特性。考察了时均颗粒相密度和颗粒质量流率沿径向的分布;颗粒浓度、提升管压降沿轴向的分布以及颗粒团聚物在提升管内的分布特性。模拟结果表明,颗粒相密度、颗粒质量流率以及提升管压降与实验结果相吻合;与能量最小多尺度气固相间曳力模型的颗粒浓度和颗粒拟温度的结果相比,MECST气固相间曳力模型得到的颗粒浓度较低,从而使颗粒拟温度减小。

基于颗粒动理学理论的双梯度钻井数值模拟

针对常规深水钻井过程中孔隙压力与地层破裂压力之间的安全窗口较小的问题,采用基于颗粒动理学的Eulerian-Eulerian双流体模型以及液固两相流动的相关理论,对竖直井筒内双梯度钻井过程中岩屑和空心球的流动行为进行了模拟,同时分析了空心球密度以及钻杆转速对岩屑运移情况的影响。根据模拟结果得出了环空井筒内颗粒浓度分布、混合物静压力变化、颗粒速度分布以及颗粒拟温度变化情况。研究表明:注入空心球可以明显降低环空井筒内的压力梯度,减小空心球的密度可以更好的实现双梯度钻井的目的,同时改善空心球与岩屑的浓度分布情况。合适的钻杆转速可以提高岩屑与空心球的混合程度,使空心球和岩屑的浓度分布与速度分布变得更加均匀,避免产生岩屑沉积现象,提升岩屑运移效率。

《颗粒流体复杂系统的多尺度模拟》介绍

本书概述了颗粒流体系统的基本概念以及颗粒流体系统模拟的基础知识，阐述了颗粒流体系统的复杂性及其多尺度结构，总结了作者多年来在颗粒流体复杂系统多尺度模拟方面的工作，展望了颗粒流体系统多尺度模拟研究的发展趋势。详细介绍了颗粒流体系统多尺度模拟的能量最小多尺度模型、双流体模型、确定性颗粒轨道模型以及拟颗粒模拟的基本原理、基本方法和相应的数值计算技术，并给出了上述多尺度模拟方法在工业应用中的一些成果。

D类颗粒节涌流态化的实验和数值模拟

应用双流体气固两相流模型,对均一粒径分布的GeldartD类颗粒的节涌流态化过程进行了模拟.研究了流化过程中流化状态转变、床层膨胀比以及压力脉动功率谱,从Froude准数和颗粒动能的角度分析了模拟结果中的流化特性,并与实验数据进行了对比.模拟结果准确预测了GeldartD类颗粒的节涌流态化特性,对床层膨胀高度和功率谱的预测与实验基本吻合.Froude准数和颗粒动能随时间的周期性脉动较好地反映了流化床内节涌流态化的气泡行为.

陶瓷干法制粉机搅拌轴偏心距对颗粒分散性的影响

针对陶瓷干法制粉机制粉过程中颗粒的分散性问题,基于双流体模型模拟分析制粉过程颗粒的分散性及实验验证模型的可靠性。鉴于陶瓷干法制粉机建立物理模型并通过CFD软件模拟制粉过程,模拟研究搅拌轴偏心距在制粉过程中对颗粒分散性的影响。模拟结果表明:当偏心距为20 mm、30 mm、40 mm时,颗粒的体积占造粒室体积依次为53%、54%、52.5%,分布在颗粒堆积密度为0.4 kg/m3以上范围内的颗粒体积占造粒室体积分别为10%、3%、6%,说明搅拌轴偏心距对整体颗粒的体积分布大小影响较小,但对堆积密度大的颗粒体积分布影响较大,且在搅拌轴偏心距为30 mm时颗粒的分散性最佳。同时模拟结果与实验数据趋势相吻合,验证了模型的可靠性,表明搅拌轴偏心距为30mm时制粉过程中颗粒的分散性最佳。

纳米颗粒气固两相流动特性的数值模拟

数值模拟流化床内纳米颗粒气固两相流动特性。基于稠密气体动力学方法,建立了黏附性颗粒动力学理论,用来模拟纳米颗粒运动,采用大涡模拟方法模拟气相运动,并采用力平衡原理估算纳米聚团尺寸,完善了黏附性颗粒气固两相双流体模型。模拟结果表明,对于Tullanox纳米颗粒在流化床内呈现散式流化,床层膨胀较高,床内很难有气泡生成;随着气体速度增加,颗粒聚团直径下降。信息熵方法分析表明,在床层上部聚团与气体间,聚团与聚团间的脉动变化比较剧烈。

大颗粒气固流化床内两相流动的CFD模拟

采用欧拉双流体模型和颗粒动力学方法,数值模拟了大颗粒流化床在不同密度、布风装置及曳力模型情况下的气固两相流动,考察了大颗粒流化床流化和流动特点,颗粒体积分率分布,床层压力瞬时变化,床层碰撞比,以及颗粒速度径向和空隙率轴向分布规律.研究结果表明,与直型布风板流化床比较,凹型布风板流化床内的气泡产生快,颗粒横向运动能力强;随着颗粒密度的增大,其在凹型布风板流化床边壁处的速度比中心位置处减小的快;比较3种曳力模型,发现其模拟的轴向空隙率分布和床层压力存在较大差异,且与床层膨胀比实验关联式相比,3种模型预测的值比实验关联式要大一些.通过研究,3个曳力模型中Gidaspow模型相对适用于大颗粒气固流化床的数值模拟.

纳米颗粒团聚物流化特性的数值研究

基于气固两相流体动力学理论,建立气体纳米颗粒团聚物两相流动双流体模型。模型中采用了Jung&Gidaspow(2002)测量的固相应力模量和王垚等(2001)提出的聚团曳力系数计算模型。对纳米颗粒团聚物的流化过程进行了数值模拟,得到纳米颗粒团聚物的流化特性。模拟得出的床层膨胀比与文献中实验的结果较为接近。

聚并器内颗粒聚团数值模拟

湍流聚并技术能使小颗粒长大成大颗粒从而提高传统除尘器对超细颗粒的捕捉效率来减少超细颗粒的排放量。用欧拉双流体模型耦合力平衡模型(通过用户自定义函数(UDF)引入)对聚并器进行数值模拟。模拟了聚并器内聚团的长大;计算了聚并器出口不同位置处的固相体积分数、聚团尺寸以及聚团尺寸与速度之间的关系。模拟结果显示:涡片有助于聚团的形成;形成聚团后固相总的体积分数减小,尺寸较大的聚团对应的速度较小。

中温循环流化床烟气脱硫基础——曳力模型与流动的数值研究

为了准确模拟中温烟气脱硫的循环流化床(CFB)反应器内的脱硫过程,本文首先采用欧拉双流体方法研究了床内的稠密气固两相流动,讨论了表征气固两相相互作用的关键参数—曳力模型,并对适于均匀流动的经典曳力模型进行了颗粒团聚所致的非均匀效应的修正。计算的床内存料量和总压降与实测值之间的误差均小于5%。本研究为中温脱硫过程的优化和降低能耗奠定了流体力学基础。

粘附性颗粒流化特性研究及信息熵分析

建立粘附性颗粒气固两相双流体模型,依据粘附性颗粒碰撞动力学,推导固相粘度系数和聚团压力等物性参数,并采用力平衡模型估算聚团当量直径。模拟流化床内粘附性颗粒聚团流动特性,结果表明,床内流动为S型环核流动结构,大聚团主要聚集在床层底部高浓度区,上部稀相区,聚团直径较小。应用shnnon信息熵分析粘附性颗粒流动的混沌特性,得出在床层上部,聚团碰撞较剧烈。

颗粒粒径对流态化两相流动影响的数值计算研究

固体颗粒直径对流态化两相流动的状态有着显著的影响。利用FLUNT作为数值计算工具采用欧拉双流体模型对微米级别细颗粒的气固流态化两相流动进行数值模拟分析,研究颗粒粒径参考Geldart的颗粒分类选取500、50、5μm以及0.4μm颗粒粒径进行流化床内流态化流动的数值模拟。数值计算结果揭示出了不同颗粒直径下的流态化特点,为细颗粒的流态化研究提供了一些参考。