气固密相流化床颗粒温度的流体力学模拟与时间序列分析

应用基于颗粒动力学理论的欧拉-欧拉模型,模拟了不同表观气速下的气固密相流化床,测定了冷模流化床中压力脉动沿床高的变化,将CFD模拟与实验得到的床层压力分布及压力脉动频谱图相对照,验证了数值模拟方法的正确性。采用统计分析的手段对模拟得到的颗粒温度时间序列进行研究,结果表明,随着表观气速的增加,颗粒温度增大,颗粒温度时间序列的标准偏差增大,平坦度基本不变。将声能量理论与颗粒温度相结合并比照声能量沿床高的变化趋势,发现颗粒温度、颗粒温度时间序列的标准偏差及平坦度可用于确定颗粒运动'滞留区'的位置。引入颗粒温度谱,并根据脉动能的级串理论将颗粒温度谱划分为含能尺度、惯性尺度和耗散尺度,发现颗粒温度谱在惯性尺度内普遍偏离Kolmogorov-5/3定律而趋向符合Levy-Kolmogorov定律。在Levy-Kolmogorov定律的适用范围内,'滞留区'的颗粒温度谱衰减指数达到最大值,据此提出颗粒温度谱的衰减指数具有表征'滞留区'位置的潜力。

密相流化床中介尺度流动结构的流体力学特性研究

在一套流化床冷模实验装置中对黄沙颗粒和黄沙-硅微粉(20μm)混合颗粒进行实验。测量固含率时间序列信号并进行统计分析,提出并建立复杂光纤脉动信号的解耦方法,实现稠密气固流中介尺度流动结构的准确识别。基于统计矩一致性原理提出气泡阈值的计算方法,通过遍历法确定气泡阈值。对气泡阈值变化规律进行分析,发现加入细颗粒有助于改善流化质量,随表观气速的增加,气泡阈值减小。对气泡、乳化和聚团三相的相分率进行统计,发现在黄沙颗粒中加入少量(5%,质量分数)细颗粒能够显著改善流化质量,细颗粒添加量过多时(10%),对流化质量的改善将减弱。对气泡的流体力学特性进行分析,发现加入10%硅微粉后,气泡弦长增大,频率降低,速度略有降低。对颗粒聚团流体力学特性进行分析,发现随硅微粉含量增加,表观气速对聚团速度的影响减弱,聚团弦长略有减小。加入5%硅微粉后,颗粒聚团的出现频率较小且径向上分布均一。加入10%硅微粉后,聚团频率有所增大,说明加入过多硅微粉会促进聚团的形成。