本文關鍵詞：氣固流化床流動特性的實驗研究與數值模擬，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】： 近代固體流態(tài)化技術在工程中作為一種重要的流 固相間物理操作技術被廣泛采用。流化床是典型的流態(tài)化多相流操作技術。由于多相流行為是一個典型的混沌過程和非線性過程,對各種床內參數,如壓力脈動值、局部相含率、顆粒速度、顆粒溫度、氣泡尺寸等動態(tài)變化過程的剖析,可以獲得更深層次的信息。近年來興起的計算流體力學(CFD)方法,具有方便的測定實驗中不易測得的數據、優(yōu)化實驗設備、修正及驗證理論模型、降低實驗費用等優(yōu)點,引起了許多研究者的興趣。 本文采用流體力學模擬軟件FLIUENT 6.2,結合本實驗室測量數據,首先優(yōu)化氣固流化床分布板開孔率,然后采用最佳開孔率分布板,測量氣 固流化床內局部固體濃度、床層壓降等參數,并與模擬值進行比較。根據結果比較,修正及驗證數值模型,獲得最佳普適性和可靠性強的數值模型。 第一,采用實驗與模擬相結合的方法,研究三種不同分布板開孔率(φ=0.46,0.86,1.10%)對分布板壓降、局部固體濃度、氣泡尺寸、床層壓降等參數的影響,確定最佳開孔率。研究結果表明,隨開孔率的增大,分布板壓降和分布板附近形成氣泡尺寸減小,顆粒流化質量降低。開孔率對平均床層壓降影響較小,但對床層壓力波動影響較大。根據對各參數的綜合研究,確定最佳開孔率為0.46%。 第二,為減小計算誤差,通過研究幾何模型、網格數量、最小時間步長、顆粒碰撞恢復系數等因素對計算結果的影響,確定最佳計算參數。根據表觀氣速對流化狀態(tài)的影響,確定模擬氣速大于0.04 m·s~(-1)。在以上參數條件下,研究Syamlal-O’Brien、Gidaspow和Wen and Yu三種曳力模型對流化狀態(tài)的影響。根據三種曳力模型對固體濃度分布和氣、固速度等參數的影響,本文選用Syamlal-O’Brien曳力模型,并根據實驗數據對曳力模型進行了修正,減小計算偏差。 第三,研究聲場流化床內流體動力學行為。在修正曳力模型基礎上,根據聲場對顆粒速度和固體動量方程的影響,建立氣 固流化床聲學模型。將聲學模型編程后導入FLUENT軟件,考察聲壓級對局部固體濃度、氣泡特征、壓力波動、顆粒速度、顆粒溫度等參數的影響。將模擬值與實驗測量數據進行比較,驗證了模型的可靠性。研究結果表明,在一定誤差范圍內,計算值與實驗數據吻合較好,可以正確反映聲場流化床的流體動力學行為。但部分模擬結果與文獻數據有一定的差別,說明本文建立的聲學模型有待于進一步的修正和研究。
【關鍵詞】：分布板開孔率 數值模擬 曳力模型 聲場流化床 聲學模型
【學位授予單位】：青島科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2009
【分類號】：TQ021.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 前言14-16
• 1 文獻綜述16-39
• 1.1 流化床概述16-29
• 1.1.1 流化床的原理及優(yōu)點17-18
• 1.1.2 Geldart 的顆粒分類法18-19
• 1.1.3 流化狀態(tài)的判別19-21
• 1.1.4 外加場流化床發(fā)展概述21-24
• 1.1.5 流化床分布板概述24-26
• 1.1.5.1 氣體分布板分類24-25
• 1.1.5.2 分布板研究概況25-26
• 1.1.6 流化床測試技術26-29
• 1.1.6.1 顆粒性質的測量方法26-27
• 1.1.6.2 流化床中各種流體力學的特性的測量及分析27-29
• 1.2 計算流體力學（CFD）在流態(tài)化領域中的應用進展29-37
• 1.2.1 計算流體力學概述29-30
• 1.2.2 氣固兩相流歐拉-歐拉方法和歐拉-拉格朗日方法30-32
• 1.2.3 顆粒動力學理論模型32-35
• 1.2.3.1 控制方程32-33
• 1.2.3.2 封閉方程33-35
• 1.2.4 顆粒動力學理論模型的研究進展35-37
• 1.3 本課題研究的意義、目的和內容37-39
• 1.3.1 本課題的意義和目的37
• 1.3.2 本課題的研究內容37-39
• 2 分布板開孔率對氣固流化床流動特性的影響39-66
• 2.1 引言39
• 2.2 實驗裝置39-44
• 2.2.1 分布板開孔率的設計39-41
• 2.2.2 流化床實驗裝置41-42
• 2.2.3 激光粒度分析儀42-43
• 2.2.4 光導纖維測試系統(tǒng)43-44
• 2.3 實驗方法44
• 2.4 空床分布板數值計算44-51
• 2.4.1 幾何模型的建立和網格劃分44-47
• 2.4.1.1 幾何模型的建立45
• 2.4.1.2 網格劃分45-47
• 2.4.2 三維湍流模型的選擇47-49
• 2.4.3 數值方法49
• 2.4.4 邊界條件49
• 2.4.5 結果與討論49-51
• 2.4.5.1 開孔率對分布板壓降的影響49-50
• 2.4.5.2 開孔率對氣體速度矢量分布的影響50-51
• 2.5 分布板開孔率對氣 固流化特性的影響51-63
• 2.5.1 幾何模型的簡化和網格劃分51-52
• 2.5.1.1 幾何模型51
• 2.5.1.2 網格劃分51-52
• 2.5.2 數值方法的選擇52-55
• 2.5.2.1 控制方程的離散52-53
• 2.5.2.2 離散格式53
• 2.5.2.3 流場計算方法53-55
• 2.5.3 邊界條件的設置55-56
• 2.5.4 結果與討論56-63
• 2.5.4.1 分布板開孔率對氣固分布的影響56-58
• 2.5.4.2 分布板開孔率對氣泡尺寸和氣 固速度的影響58-61
• 2.5.4.3 分布板開孔率對床層膨脹高度和壓降的影響61-63
• 2.6 結論63-64
• 2.7 本章小結64-66
• 3 曳力模型對氣固流化床流動特性的影響66-82
• 3.1 引言66
• 3.2 數值計算中的影響因素66-74
• 3.2.1 幾何模型的影響66-68
• 3.2.1.1 幾何模型簡化思想66-67
• 3.2.1.2 二維模型和三維模型對徑向固含率的影響67-68
• 3.2.2 網格質量的影響68-70
• 3.2.3 時間步長的影響70-71
• 3.2.4 顆粒碰撞恢復系數的影響71-72
• 3.2.5 表觀氣速的影響72-73
• 3.2.6 結論73-74
• 3.3 曳力模型對流化特性的影響74-80
• 3.3.1 曳力模型對顆粒速度矢量的影響74-76
• 3.3.2 曳力模型對固體濃度的影響76-77
• 3.3.3 Syamlal-O’Brien 曳力模型的修正77-80
• 3.3.3.1 模型修正原理77-78
• 3.3.3.2 結果與討論78-80
• 3.3.4 結論80
• 3.4 本章小結80-82
• 4 聲場對 A 類顆粒流化特性的影響82-99
• 4.1 引言82
• 4.2 實驗裝置82-84
• 4.2.1 聲場流化床實驗裝置82-83
• 4.2.2 聲波發(fā)生系統(tǒng)83-84
• 4.2.3 聲波測試系統(tǒng)84
• 4.3 實驗條件84-85
• 4.4 聲場原理分析85-90
• 4.4.1 曳力模型85-86
• 4.4.2 動量方程86-89
• 4.4.3 能量方程89-90
• 4.5 幾何模型和邊界條件90-91
• 4.5.1 幾何模型90
• 4.5.2 邊界條件90-91
• 4.6 數值方法91
• 4.7 結果與討論91-97
• 4.7.1 聲壓級對固體濃度的影響91-93
• 4.7.2 聲壓級對床層壓降RMS 的影響93-95
• 4.7.3 聲壓級對顆粒溫度的影響95-96
• 4.7.4 聲壓級對顆粒速度的影響96-97
• 4.8 結論97-98
• 4.9 本章小結98-99
• 結論99-101
• 展望101-102
• 參考文獻102-107
• 致謝107-108
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文目錄108-109

【引證文獻】

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  本文關鍵詞：氣固流化床流動特性的實驗研究與數值模擬，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：397254