细粒煤螺旋分选流体-颗粒空间分布特征的CFD-DEM模拟研究

螺旋分选是细粒煤高效绿色分选的核心技术之一,探明细粒煤螺旋分选全过程流体-颗粒空间分布特征有利于深入理解螺旋分选行为。以螺旋分选全过程为研究对象,研究了流场、颗粒在螺旋分选全过程的空间分布规律。通过建立颗粒螺旋分选动力学方程并基于螺旋分选流场的多流态特性,构建了复合流态下流体曳力计算模型;结合颗粒堆积实验采用响应面法对颗粒间接触参数进行标定,优化了CFD-DEM耦合模拟方案。结果表明:(1)依据流场分布和颗粒运动行为,细粒煤螺旋分选全过程可分为初始阶段(0~1/3圈)、过渡阶段(1/3~2圈)和亚稳定阶段(2圈以后)。在初始阶段,不同密度、不同粒度颗粒在螺旋槽中的分布基本一致:沿螺旋槽倾斜方向分布并逐渐向槽外缘聚集;(2)过渡阶段内高密度颗粒随着粒度的增大颗粒逐渐向内缘聚集,低密度颗粒逐渐聚集在槽外缘;(3)在亚稳定阶段,高密度颗粒随着粒度的增大越来越多的颗粒聚集在螺旋槽内缘,不同粒度的低密度颗粒均主要聚集在槽外缘。此外,粒度对高密度颗粒空间分布有显著影响,而对于低密度颗粒分选行为影响不大,颗粒粒度低于0.1 mm时,颗粒间按密度差异分选的趋势降低,高密度细颗粒难以依靠密度差沉降到槽底参与二次环流的径向输送,导致其主要聚集在螺旋槽外缘,与低密度颗粒混杂,不利于细粒煤的分选。

颗粒-流体两相流中颗粒团聚物存在的临界条件

本文应用颗粒与颗粒相互碰撞的平均自由程和流体对颗粒动量传递的释放时间等概念,分析团聚物形成的机理,并导出团聚物存在的最大空隙率ε_(max)的表达式。

颗粒-流体密度比对两相流动不稳定性影响的格子-Boltzmann方法模拟

采用格子-Boltzmann方法模拟周期性边界计算域内的颗粒流化。计算采用的流化系统Archimedes数为1 432,对应于颗粒终端Reynolds数为30。研究模拟颗粒浓度为25%,颗粒-流体密度比为2~1 000时,密度比对流体-颗粒流动不稳定性的影响。密度比的范围对应由液固到气固的两相流动。颗粒与颗粒之间的碰撞采用弹性碰撞。研究获得颗粒平均速度、速度方差、偏度及峰度随密度比变化的规律。结合结构因子的分析,因密度比变化使颗粒-流体流动由稳定转变为不稳定的过程中颗粒速度特性变化与聚团形成的关系被确定,也确定了不稳定流动产生时所对应的密度比范围。

非对称球形弯头内颗粒流动特性研究

近年来,在工业生产中气力输送应用越来越广泛,随之而来管道磨损、颗粒破碎、能量损耗、颗粒气动效率低的问题变得十分突出。针对上述问题,以90°管道弯头为对象,设计了一种非对称球形弯头,并用CFD-DEM耦合方法研究了这种弯头的颗粒流动和冲蚀特性,通过同四种已有弯头(普通弯头,盲三通,带涡室的弯头,球形弯头)的对比,得出结果表明:非对称球形弯头在兼顾减小弯头冲蚀、气体能量损耗和防颗粒破碎的基础上,大大改善了出口处颗粒散布特性,提高了颗粒在管道中的运输效率。

基于离散元法的干湿颗粒系统仿真

介绍了基于离散元法的干湿颗粒系统仿真软件DEMSIM。对于干颗粒系统,DEMSIM可以分析二维和三维颗粒系统的弹性和塑性接触碰撞过程;对于湿颗粒系统,DEMSIM采用传统的液桥模型;对于颗粒-流体系统,DEMSIM采用CFD-DEM细观耦合模型模拟。一系列典型算例的模拟分析,验证了干湿颗粒系统仿真软件DEMSIM的精度和有效性。

多纤维捕集过程中细颗粒湍流团聚模拟研究

基于随机多层纤维过滤介质算法建立了平板式三维拟态化结构.利用计算流体力学-颗粒群平衡模型(CFD-PBM)对多纤维捕集过程中细颗粒湍流团聚进行数值模拟研究,并采用分区法求解颗粒群平衡方程(PBE).通过控制变量法分析表明:多纤维捕集过程中存在着明显的颗粒团聚行为.粉尘颗粒的团聚程度随停留时间增加而增强,当t≥l/v(速度方向模型尺寸长度/入口风速),团聚逐渐趋于稳定;当v_(max)·t≤l,入口风速越大,颗粒团聚程度和团聚速率越大,最终的团聚程度取决于入口风速和停留时间;颗粒粒径越大,粉尘颗粒的团聚程度和团聚速率越小.出口颗粒平均粒径与初始粒径相比增长倍数越小.粉尘颗粒体积分数越大,颗粒团聚程度以及团聚速率越大.当v=0.1m/s,d_(p)=1.0μm,VF>0.003636,Bin-7~Bin-0区间数量浓度对数分布呈线性比例关系.

锅炉炉渣在冷渣管内的传热特性

基于离散元法,建立并验证了颗粒-颗粒热传导、颗粒-流体-颗粒热传导及颗粒-颗粒热辐射模型,采用温度概率密度函数作为传热效应的评价指标,研究了填充率对冷渣管内高温炉渣颗粒传热的影响。结果表明:填充率降低,料床内颗粒的传热更均匀,高温核缩小的速度更快。传热后期,填充率越小,概率密度函数峰值所对应的量纲一温度越大。不同填充率下,各传热途径所传递的热流量总体上波动不大,颗粒料床内辐射传热传递的热流量占总传热流量的59%,是影响料床内颗粒温度降低的主要因素,其次为颗粒-流体-颗粒热传导(占24%),最后为颗粒间的热传导(占16%)。

基于CFD-DPM的大规模颗粒-流体系统数值仿真与分析

大规模复杂颗粒-流体系统主要运行参数与多物理场形态的关联机制不清晰,试验研究方法难以对这些运行参数和质量特性之间的耦合关系进行精准描述。为了探究大型立磨运行过程中多物理场耦合工作机理,通过构建粗粒非解析CFD-DPM耦合模型进行数值模拟,分析主要运行参数对立磨流场、颗粒分级、粒度分布以及成品质量的影响,模拟结果与实际工况运行结果吻合度较好,验证了所建数值计算模型能够有效地模拟出大规模颗粒-流体系统的动态选粉过程。结果表明,系统风量与选粉机转速直接影响着立磨离心分级的切割粒径与成品细度,当其它参数不变,随着系统风量增大切割粒径值变大、成品比表面积越小;当只改变选粉装置转速,切割粒径随着转速增大而减小、成品比表面积越大。

柱状粒子沉降的数值模拟

通过对基于柱状粒子振荡频率ω而建立的粒子受力方程和力矩公式修正,得到粒子在静水中沉降的控制方程。用该方程求解长径比在0.1～10范围内沿轴向和垂直轴向运动的粒子的Stokes沉降速度,以及任意初始倾角高频振荡粒子沉降速度和倾角随时间的变化。所得结果与实验数据吻合较好。

不同粒径组合块石群水下漂移数值模拟

抛石漂移是河道治理、护岸、潜丁坝、桥墩防冲等实际工程中经常遇到的问题.针对抛石颗粒在水中的漂移,采用计算流体力学(CFD)与离散元方法(DEM)耦合的方法,建立了颗粒流数值模型,并采用物理模型试验结果对数值模型的正确性进行验证.为研究级配对块石群水下漂移的影响,对不同粒径组合的块石群抛石漂移进行计算,对块石群在底床上的落点分布形态和扩散范围、漂距、分布面积等进行分析.计算结果表明,同一规格的块石群,其级配组成的均匀性和连续性越好,平均漂距和分布面积越大.

边界条件对颗粒–流体对流传热的影响

对单个球形颗粒与周围流体的对流传热进行数值模拟,考察了等温边界、等热流量边界和流固耦合边界条件的影响。结果表明,流固耦合边界和等温边界所得时均面积加权努塞尔数与经验公式计算结果基本一致,等热流量边界模拟结果大于其它两种边界条件结果。时间平均局部面积加权努塞尔数的分布表明,当流动稳定且不发生分离时,努塞尔数从前滞点到后滞点逐渐减小;当出现非稳态涡旋时,努塞尔数从前滞点到分离角附近逐渐减小并出现最小值,后逐渐增大直至后滞点。

泵送混凝土管道冲蚀疲劳失效数值模拟

为研究泵送混凝土中非牛顿流体-颗粒、颗粒颗粒和颗粒管壁之间的相互作用,探明管道堵塞机制,基于计算流体动力学和离散元法(CFD-DEM)分析了混凝土各相在泵送过程中的运动演化规律;利用非牛顿流体-颗粒两相流管道侵蚀寿命预测模型分析了混凝土流动对管道壁面的冲蚀磨损机制,预测了管道的冲蚀疲劳寿命。结果表明:模拟结果与工程及实验相吻合,在管道流场发生变化处(进口、出口、弯管处)管道壁面冲蚀相对严重,该部位的寿命仅为工程工况条件连续工作29 d;此外,颗粒粒径越大对壁面的磨损越严重,粒径范围15~30 mm的颗粒与管壁之间的切向作用力占比达42.81%,导致能量损失33.02%;弯管段颗粒碰撞次数大约是直管段的2倍,颗粒在直管段的动能明显高于弯管段且弯管段的切向动能损失高于直管段,这说明弯管段更容易堵塞。模拟结果能够为泵送混凝土的管道设计及维护提供理论支撑。