流化床技術(shù)在煤燃燒、催化反應(yīng)、物料干燥等能源化工、食品加工行業(yè)中有著極其廣泛的應(yīng)用。掌握流化床內(nèi)部氣固兩相流動機(jī)理是開展流化床優(yōu)化設(shè)計、提高燃燒效率的基礎(chǔ)。本人在江蘇大學(xué)流體機(jī)械工程技術(shù)研究中心和美國圣路易斯華盛頓大學(xué)的聯(lián)合培養(yǎng)下,在美國煤清潔利用聯(lián)盟（Consortium for Clean Coal Utilization）項目和“動力工程及工程熱物理”江蘇高校優(yōu)勢學(xué)科項目的資助下,基于理論分析、實驗測量和數(shù)值模擬等研究方法,對流化床氣固兩相瞬態(tài)流動開展了一系列的研究工作。本文的主要研究內(nèi)容和取得的創(chuàng)造性成果有:（1）設(shè)計了流化床高速攝影實驗臺,實現(xiàn)流化床啟動過程氣固兩相瞬態(tài)流動的可視化實驗測量,采用床層高度、氣泡當(dāng)量直徑對不同顆粒數(shù)、不同進(jìn)口流速下的流動特性進(jìn)行了量化和分析。研究發(fā)現(xiàn)在進(jìn)口流量不變時,床層高度的變化會影響氣泡的形狀,但對氣泡面積和氣泡當(dāng)量直徑影響較小。進(jìn)口流量是決定流動形態(tài)的主要因素,進(jìn)口流量越大,氣體傳遞給床層內(nèi)顆粒的能量越大,床層高度和氣泡面積越大且維持的時間越長,破碎時間越晚。在流化床的設(shè)計過程中,必須重視進(jìn)口流量的合理選擇。（2）通過網(wǎng)格無關(guān)性分析確定了適... 

【文章來源】：江蘇大學(xué)江蘇省

【文章頁數(shù)】：132 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

典型化學(xué)循環(huán)燃燒（CLC）系統(tǒng)的示意圖[7]

第一章緒論3基本上與顆粒自身的重力相等，此時顆粒逐漸呈現(xiàn)懸浮狀態(tài)，流化床開始流化，顆粒之間不再是緊密排列，顆粒與顆粒之間的距離略微增大，床層高度出現(xiàn)波動，但是整體變化較校（3）鼓泡床：當(dāng)進(jìn)入流化床的氣體流速進(jìn)一步提高時，顆粒開始產(chǎn)生較大幅度的位移，由于顆粒各自受力程度不同，因此位移程度并不完全一致，這時床層中會逐漸出現(xiàn)空白區(qū)域，即形成氣泡；氣泡周圍被顆粒包裹，并逐漸上升至床層頂部，然后氣泡出現(xiàn)破裂。（4）節(jié)涌床：其原理基本上與鼓泡床一致，主要出現(xiàn)在高度較高、寬度較窄的細(xì)長狀流化床中，氣泡幾乎占據(jù)了流化床整個橫向截面，氣泡呈現(xiàn)“節(jié)段”狀不斷向流化床頂部移動。（5）湍動床：如果進(jìn)一步提高進(jìn)入流化床的氣體流速，氣泡的產(chǎn)生頻率會逐漸增加，流化床內(nèi)不再出現(xiàn)單獨的大氣泡，而是多個連續(xù)的小氣泡，氣泡與氣泡之間頻繁碰撞、合并，并在床層內(nèi)發(fā)生破碎；這時床層頂部不斷波動，內(nèi)部壓力波動頻率增加但振幅較小，因此被稱為湍動床。（6）快速床：如果繼續(xù)提高進(jìn)入流化床的氣體流速，氣體將直接穿透床層，形成帶狀通道，顆粒跟隨氣流被帶至流化床中部，顆粒運動速度非常快，并在流化床中呈現(xiàn)較為均勻的分布。（7）輸送床：如果繼續(xù)提高進(jìn)入流化床的氣體流速，床層中的顆粒將幾乎全部被吹起，顆粒完全跟隨氣流向上移動至流化床出口，達(dá)到類似于氣體輸送的狀態(tài)。a.固定床b.散式床c.鼓泡床d.節(jié)涌床e.湍動床f.快速床g.輸送床圖1-2流化床的分類[18]Figure1-2Classificationoffluidizedbed

江蘇大學(xué)博士學(xué)位論文：流化床稠密氣固兩相瞬態(tài)流動的離散元模擬與高速攝影實驗研究4上述流化床流態(tài)適用于不同的顆粒物性、不同的應(yīng)用場合，例如固定床和散式床可以用于谷物烘干，湍動床和快速床可以用于煤燃燒、生物質(zhì)燃燒。其中鼓泡流化床內(nèi)部的流動較為復(fù)雜，應(yīng)用范圍也較廣，一直是國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者的研究重點[19-20]。1.3兩相流理論與數(shù)值模擬方法研究進(jìn)展如圖1-3所示[21]，兩相流中顆粒受力極為復(fù)雜，準(zhǔn)確建立顆粒的運動方程是研究固體顆粒在液體中的受力及運動規(guī)律的基礎(chǔ)[2]。在氣固兩相流動中，通過動量和能量傳遞實現(xiàn)相間的固相與氣相的彼此相互作用，因此建立氣液兩相流控制方程的前提是要正確描述相間耦合關(guān)系和作用力[22]。Stokes[23]研究了粘性流體中單顆粒的運動過程，通過忽略傳遞Navier-Stokes方程中的對流加速項，推導(dǎo)出兩相表達(dá)式來描述流體對固體的作用力；Basset等在此基礎(chǔ)上[24]，對球形顆粒在粘性流體中的加速直線運動進(jìn)行了實驗分析，發(fā)現(xiàn)流體對顆粒的作用力與顆粒的加速度和瞬時速度有關(guān)，并推導(dǎo)出了新的表達(dá)式來描述流體對顆粒的作用。Bognold等[25]提出了顆粒動力學(xué)模型，即引入湍流中顆粒運動的概率分布函數(shù)，求解封閉形式的輸運方程，從而獲得顆粒相的各個守恒方程和本構(gòu)關(guān)系。Savage等[24,26]率先提出了均勻剪切流中光滑彈性顆粒的應(yīng)力模型，Jenkins等[26]推導(dǎo)出了非均勻流場中球形顆粒的固相本構(gòu)模型，并采用二階矩方程表示顆粒脈動速度的分布函數(shù)。Richman[27]基于各向異性Maxwell速度分布函數(shù)推導(dǎo)出了二階矩方程的本構(gòu)模型，并在均勻剪切流嘗稀疏顆粒濃度的條件下得到了驗證。圖1-3兩相流中固相顆粒的受力及運動特性[21]Figure1-3Forceandmotioncharacteristicsofsolidparticlesintwo-phaseflow

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]流化床鍋爐氣固流動特性數(shù)值模擬研究[J]. 付少闖,周俊杰,張東偉.  低溫與超導(dǎo). 2019(09)
[2]鼓泡流化床氣固兩相流動特性數(shù)值模擬[J]. 李九如,李銘坤,陳巨輝.  哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報. 2019(04)
[3]交互循環(huán)雙流化床的氣/固運動三維數(shù)值模擬[J]. 顧晉饒,鐘文琪,邵應(yīng)娟,Aibing Yu.  工程熱物理學(xué)報. 2019(07)
[4]加壓二維鼓泡床氣固流動特性的數(shù)值模擬[J]. 高智雪,郝振華,宋素芳,聶偉,房倚天.  煤炭轉(zhuǎn)化. 2018(02)
[5]流化床內(nèi)稠密氣固兩相流的數(shù)值模擬[J]. 羅碧輝,鄭艷真,張建輝.  杭州電子科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2017(02)
[6]CFD-DEM模型并行化及其在流化床氣固流動中的應(yīng)用[J]. 楊春振,陳成敏,劉光霞,段鈺鋒.  化工學(xué)報. 2016(07)
[7]基于OpenMP的流化床顆粒堆積過程三維并行數(shù)值模擬[J]. 李斌,姚路,焦明月,周遵凱.  熱力發(fā)電. 2016(01)
[8]流化床內(nèi)顆粒旋轉(zhuǎn)特性的數(shù)值模擬[J]. 李斌,宋小龍.  動力工程學(xué)報. 2014(03)
[9]應(yīng)用雙流體模型對某U型閥內(nèi)氣固流動特性的數(shù)值模擬[J]. 陳逸,孔圓,繆正清,肖峰.  鍋爐技術(shù). 2012(06)
[10]鼓泡流化床氣固兩相流動特性的數(shù)值模擬[J]. 周明哲.  節(jié)能技術(shù). 2012(04)

碩士論文
[1]帶管二維噴動床氣固兩相流數(shù)值模擬[D]. 馬夢祥.華北電力大學(xué) 2018
[2]氣固兩相流在微型流化床中數(shù)值模擬及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[D]. 楊帥.山東大學(xué) 2015
[3]基于Fluent軟件的流化床的氣固兩相流模型研究[D]. 李東耀.重慶大學(xué) 2009



本文編號：3025686