本文關(guān)鍵詞：噴動床內(nèi)氣固兩相流流動與傳熱特性研究

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【摘要】：噴動床因其具有良好的傳熱傳質(zhì)特性,在化工、能源、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥等行業(yè)中得到廣泛地應(yīng)用,開展對噴動床內(nèi)氣固兩相流流動與傳熱特性的研究,對定量設(shè)計及合理控制各種噴動床反應(yīng)器具有重要意義。本文搭建了平底噴動床試驗臺,利用高速攝像機(jī)和PIV圖像處理技術(shù)對噴動床內(nèi)顆粒的流動特性進(jìn)行了實(shí)驗研究,得到了噴動床內(nèi)顆粒的流化過程圖,分析了床內(nèi)氣泡的演變過程、床內(nèi)顆粒的流動過程,結(jié)果表明:氣泡在床內(nèi)經(jīng)歷了產(chǎn)生-變大-合并-破裂的過程,床內(nèi)中心區(qū)域顆粒向上運(yùn)動,沿壁面處顆粒向下運(yùn)動,床層底部顆粒向中心處聚集,上部區(qū)域的顆粒向兩側(cè)運(yùn)動,顆粒在床內(nèi)形成環(huán)-核流動特性。對自行開發(fā)的CFD-DEM噴動床內(nèi)氣固兩相流流動計算程序進(jìn)行了完善,在此基礎(chǔ)上,開發(fā)了對噴動床內(nèi)傳熱特性的數(shù)值模擬程序。顆粒相采用軟球模型,氣相采用SIMPLER算法,氣固兩相間流動與傳熱的相互作用采用雙向耦合。利用該程序?qū)妱哟矁?nèi)氣固兩相流流動過程進(jìn)行了數(shù)值模擬,得到了床內(nèi)顆粒混合序列圖、氣固速度分布圖、顆粒擬溫度分布圖,分析了床內(nèi)顆粒速度場、氣體速度場、顆�；旌蠙C(jī)理、顆粒擬溫度、床層膨脹高度等信息,結(jié)果表明:氣固體兩相速度分布趨于一致、顆粒在床內(nèi)環(huán)-核流動、顆粒軸向混合質(zhì)量優(yōu)于徑向混合、增大表觀氣體速度可以促進(jìn)床內(nèi)顆�；旌稀⒃龃箢w粒擬溫度、提升床層膨脹高度等。利用該程序在顆粒水平對噴動床內(nèi)氣固兩相流傳熱特性進(jìn)行了數(shù)值模擬,得到了顆粒傳熱序列圖、氣體溫度分布圖、顆粒溫升曲線、傳熱系數(shù)變化圖,分析了床內(nèi)氣固兩相的溫度分布、顆粒的溫升曲線、各傳熱機(jī)理的傳熱系數(shù),結(jié)果表明:噴動床具有良好的傳熱性能、顆粒溫升速度先大后小、提高顆粒導(dǎo)熱系數(shù)及表觀氣體速度可加強(qiáng)噴動床內(nèi)傳熱效果,床溫較低時輻射傳熱對顆粒傳熱貢獻(xiàn)小。
【關(guān)鍵詞】：噴動床 PIV CFD-DEM 兩相流 流動特性 傳熱特性
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O359;TK124
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-18
• 1.1 選題背景及意義11-13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-17
• 1.2.1 噴動床內(nèi)氣固兩相流流動國內(nèi)外研究進(jìn)展13-15
• 1.2.2 噴動床內(nèi)氣固兩相流傳熱國內(nèi)外研究進(jìn)展15-17
• 1.3 本文主要工作17-18
• 第2章 氣固兩相流動與傳熱CFD-DEM數(shù)值模擬方法18-34
• 2.1 顆粒相的DEM方法及數(shù)學(xué)模型18-27
• 2.1.1 顆粒相的運(yùn)動模型19-25
• 2.1.1.1 顆粒間碰撞的DEM軟球模型19-22
• 2.1.1.2 流體對顆粒的曳力模型22-23
• 2.1.1.3 顆粒的碰撞搜索23-24
• 2.1.1.4 顆粒相的運(yùn)動控制方程24-25
• 2.1.2 顆粒相的傳熱模型25-27
• 2.1.2.1 顆粒相的碰撞傳熱25-26
• 2.1.2.2 氣體對顆粒的對流傳熱26
• 2.1.2.3 顆粒與床層之間的輻射傳熱26
• 2.1.2.4 顆粒相的能量控制方程26-27
• 2.2 氣相的CFD方法及數(shù)學(xué)模型27-31
• 2.3 氣固兩相間的耦合31-33
• 2.3.1 床內(nèi)空隙率的計算31
• 2.3.2 氣固兩相間的動量耦合31-32
• 2.3.3 氣固兩相間的能量耦合32
• 2.3.4 氣固兩相間的數(shù)據(jù)傳遞及程序流程32-33
• 2.4 本章小結(jié)33-34
• 第3章 噴動床內(nèi)氣固兩相流動特性實(shí)驗研究和數(shù)值模擬34-49
• 3.1 噴動床內(nèi)顆粒流動特性的實(shí)驗研究34-39
• 3.1.1 噴動床冷態(tài)實(shí)驗系統(tǒng)34-36
• 3.1.2 實(shí)驗方法36
• 3.1.3 實(shí)驗工況及結(jié)果分析36-39
• 3.2 噴動床內(nèi)氣固兩相流動特性數(shù)值模擬39-47
• 3.2.1 模擬工況39-41
• 3.2.2 噴動床內(nèi)流動特性41-47
• 3.2.2.1 床內(nèi)顆粒混合過程41-43
• 3.2.2.2 床內(nèi)氣體速度分布43-44
• 3.2.2.3 床內(nèi)顆粒速度分布44-46
• 3.2.2.4 床內(nèi)顆粒的顆粒擬溫度46-47
• 3.2.2.5 床層膨脹高度47
• 3.3 本章小結(jié)47-49
• 第4章 噴動床內(nèi)氣固傳熱特性數(shù)值模擬49-60
• 4.1 噴動床啟動過程數(shù)值模擬49-54
• 4.1.1 模擬工況49-50
• 4.1.2 顆粒流動與傳熱過程序列圖50-51
• 4.1.3 氣體的溫度分布51-52
• 4.1.4 床內(nèi)顆粒平均溫度隨時間的變化圖52-53
• 4.1.5 氣固對流傳熱系數(shù)分布53-54
• 4.2 噴動床床內(nèi)顆粒與床層傳熱數(shù)值模擬54-59
• 4.2.1 模擬工況54
• 4.2.2 顆粒流動與傳熱過程序列圖54-55
• 4.2.3 顆粒的傳熱系數(shù)55-56
• 4.2.4 三種傳熱系數(shù)隨時間變化圖56-57
• 4.2.5 不同顆粒導(dǎo)熱系數(shù)對傳熱的影響57-59
• 4.3 本章小結(jié)59-60
• 第5章 結(jié)論與展望60-62
• 5.1 結(jié)論60-61
• 5.2 展望61-62
• 參考文獻(xiàn)62-66
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及其它成果66-67
• 致謝67

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本文編號：676129