绕流中颗粒与柱体碰撞和磨损的直接数值模拟

为了研究圆柱近壁区颗粒与柱体的碰撞和磨损问题，采用高精度有限差分的方法对圆柱绕流进行了直接数值模拟.在获得高精度计算流场信息的基础上，采用Lagrangian方法追踪了颗粒在圆柱近壁区的运动.利用非弹性碰撞模型的壁面磨损量经验公式，进行了壁面磨损量的计算，详尽考察了不同粒径的颗粒与壁面的碰撞磨损情况.研究发现，随着颗粒粒径的增大，颗粒与壁面的碰撞频率变高；局部碰撞频率的曲线较为特殊，粒径较大颗粒的碰撞多发生在与来流方向平行的中心轴线处，而小粒径颗粒的碰撞则要外移一定的位置.还发现颗粒对壁面的磨损率也是随粒径的增大而增大.颗粒的冲击角对壁面的磨损同样起着至关重要的影响，对于塑性材料，冲击角为20°～30°时，壁面的磨损率最大.     

柴油机颗粒捕集器内颗粒层不均匀分布的数值研究

针对壁流式柴油机颗粒捕集器捕集颗粒物的工作过程,建立了描述通道内流场和颗粒层分布的一维非稳态模型.通过数值计算,研究了壁面渗透系数不均匀对颗粒层分布和过滤压强的影响.研究结果表明:壁面渗透系数不均匀造成颗粒沉积高度的不均匀,渗透系数大的位置颗粒层沉积高度大.在相同的不均匀偏差条件下,平均壁面渗透系数越低,颗粒层高度的不...     

颗粒物在矩形管道内流动的PIV实验研究

对水平管道内颗粒物运动规律进行研究。应用粒子图像测速（PIV）技术,在不同的气体流量下,对矩形管道在两种不同结构下的气固两相流的流动情况进行了测量,得到了平直通道和带肋通道中气体及固体颗粒的时均速度场,并分析比较了管道结构及气体流量对速度和粒子沉积的影响,发现加肋有助于粒子的沉积,且使通道内流动状态发生了较大改变。对深入了解管道内气固两相流动状况及数值模拟结果的评价提供了参考。     

采样管内颗粒物流动沉积特性数值模拟研究

通过文献调研等研究方法对燃煤电厂烟气颗粒物在采样管内的沉积情况进行了讨论。为了对烟气中颗粒物进行准确采样，降低颗粒物在采样管中的沉积，通过CFD软件Fluent进行数值模拟求解，研究了不同流体颗粒物条件下采样管内的颗粒物沉积效率。结果表明：流体温度与采样管壁面温度温差越大，热泳力作用效果越明显，颗粒物越容易在壁面处沉积；同时，颗粒物粒径和流体流速的增加，也会使颗粒物在采样管内的沉积效率增加。可见，为了有效减少采样管内颗粒物沉积情况，在降低流体与采样管壁面之间温差的基础上，需要控制颗粒物粒径以及流体流速。研究结果可为烟气重金属颗粒物采样（EPA Method-29）提供参考。     

空调风管中细颗粒物受力机理研究

对空调风管中的细颗粒物主要受力类型进行了梳理,发现主要作用力都与颗粒粒径相关,理论计算结果表明,曳力是湍流流场中细颗粒物的主要作用力,剪切升力和热泳力是近壁面区颗粒的重要作用力,高压静电场下细颗粒所受电场力成为主要作用力,库仑力和偶极子力在颗粒距离极近时发挥作用.     

柴油机排放颗粒物特征及影响因素分析

采用二段撞击式单颗粒采样器进行采样,分析柴油机排放颗粒物的形貌、粒径、颗粒物排放的影响因素以及与国外柴油车的对比,最后发现:柴油机排放颗粒物以链状粒子为主,占粒子总数的72%,其次是矿物颗粒,矿物颗粒以单颗粒和粘附二次污染物两种形式存在,粒径大多集中在0.2～0.6μm。周围大气颗粒物以多边形粒子为主,粒径集中在0.3～0.5μm。随着柴油机负荷增大,颗粒物数量逐渐增加,但有机颗粒物数量表现出先增加后降低的趋势。     

物料粒径对半自磨机衬板磨损的影响

采用数值计算方法分析粒径对半自磨（SAG）机衬板磨损的影响。采用离散单元法（DEM）描述物料运动,采用切向碰撞能量磨损模型（SIEM）预测壁面磨损. 结果表明,粒径大小对衬板磨损存在显著影响. 粒径增大,衬板磨损亦随之增大;当粒径较小时（如：d=30 mm）,磨损增幅尤为明显. 提升条的磨损主要在经过底脚区与颗粒发生剧烈碰撞时产生,不同粒径大小下均如此. 大颗粒获得的动能要远远大于小颗粒,且相比于小颗粒,大颗粒改变运动状态需要更长的时间,导致剧烈磨损的持续时间亦明显增加. 粒径大小对磨损在提升条上的分布无明显影响.     

煤液化多相流输送管道冲蚀磨损分布预测及分析

针对煤化工中多相流管道系统的冲蚀磨损问题,运用Fluent软件构建流体动力学模型,获得磨损速率与管道位置的关系,用来预测磨损减薄的主要区域.数值计算结果表明:随着管道直径的增加,其最大磨损速率降低;曲率半径为3倍公称直径时,弯头的磨损率较小且均匀;颗粒形状越接近于球形,磨损率越低;当磨损颗粒粒径小于200 μm时,磨损率随着粒径的增大而增大,当粒径超过200 μm,磨损率几乎不再变化.对原管道系统进行设计改造,提出了一种结构优化改进方案,计算模拟结果显示优化方案可使其磨损率减小为约原来的1/2.     

通风管道内温湿度对颗粒沉积的影响

于矩形断面0．3m×0．2m、长度3m的通风管道中,对完全发展湍流中的颗粒沉积进行了模拟计算。由于空调通风管道内空气温、湿度有所变化,因此综合考虑了热泳力及湿度对颗粒沉积的影响,采用拉格朗日法随机轨道模型进行了3000个颗粒沉积的模拟研究。在粒径范围0．01～50μm、管道风速5m／s的条件下,得到了无因次沉积速率随无因次松弛时间变化曲线并与前人的研究结果进行了比较,结果表明曲线呈现“V”形分布,模拟结果与前人研究结果基本一致。针对粒径19m的颗粒,调查了温度及湿度对颗粒沉积的影响,结果表明由气流与管壁的温差产生的热泳力加速了颗粒沉积,并随温差的增加而呈提高趋势;随着空气相对湿度的提高,颗粒沉积速率也相应增加,     

微颗粒在人体上呼吸道中运动沉积的数值模拟

为了揭示在人体上呼吸道中气流和微细颗粒的运动沉积规律,采用数值分析方法进行了研究.在广泛参考各种上呼吸道模型的基础上,建立了一个新的完整的从口腔-咽-喉-气管-支气管的三维几何模型.采用RNG k-ε模型描述气体的流动,并在拉格朗日框架下追踪颗粒运动.计算得到了模型内详细的流场和颗粒在不同部位的沉积情况,结果表明,颗粒沉积率主要取决于气流流速与颗粒惯性大小.为了验证模型的合理性与结果的正确性,将不同工况下颗粒沉积率的数值计算值与实验数据进行了比较,结果发现两者较吻合.     

流态对粒子在矩形风管内沉降影响的模拟分析

采用雷诺应力模型（RSM）和随机轨道粒子模型模拟了粒径在10~200μm范围内的9组粒径的粒子在入口平均风速分别为2、4、6、8 m/s时,在截面尺寸为160mmx120 mm的光滑水平风管内各表面的沉积,重点分析了流态对粒子在矩形空调风管内沉降的影响.结果表明,流态对粒子在通风管道内沉积的影响较小.     

管道低点处杂质流动规律的研究

输油管线内常含有铁锈、油泥、细沙等固体杂质。在管线运行过程中,固体杂质易在管道低点处堆积,干扰油品流动、损伤设备、腐蚀管道,对管线的安全运行和油品质量产生不利影响,因此对管道低点处固体颗粒杂质运动规律的研究势在必行。在分析多相流模型的基础上,选用欧拉模型和Realizable k-ε模型建立数值模型,用CFD软件对管道低点处泥砂颗粒的运动规律进行研究。结果表明:颗粒推移速度与油流流速成正相关,与颗粒粒径成负相关;当油流流速较小时,颗粒易在弯管低点处沉积;一定范围内,管道上倾角越大,颗粒的推移速度越小。     

Nanobubble generation and its applications in froth flotation(part Ⅳ): mechanical cells and specially designed column flotation of coal

Coal is the world's most abundant fossil fuel.Coal froth flotation is a widely used cleaning process to separate coal from mineral impurities.Flotation of coarse coal particles,ultrafine coal particles and oxidized coal particles is well known to be difficult and complex.In this paper,the nanobubbles' effects on the flotation of the varying particle size,particle density and floatability coal samples were evaluated using a bank of pilot scale flotation cells,a laboratory scale and a pilot scale specially designed flotation column.The parameters evaluated during this study include the flow rate ratio between the nanobubble generator and the conventional size bubble generator,the superficial air velocity,collector dosage,frother concentration,flotation feed rate,feed solids concentration,feed particle size,and the superficial wash water flow rate,etc.The results show that the use of nanobubbles in a bank of mechanical cells flotation and column flotation increased the flotation recovery by 8%～27% at a given product grade.Nanobubbles increased the flotation rate constants of 600～355,355～180,180～75,and 75～0 microns size coal particles by 98.0%,98.4%,50.0% and 41.6%,respectively.The separation selectivity index was increased by up to 34%,depending on the flotation feed characteristics and the flotation conditions.     

Predicting the Growth of Ash Deposits in Drop Tube FurnaceUsing Dynamic Mesh Technique

沉降炉内积灰增长过程的动网格技术预测

Krzysztof Wac?awiak¹,王辉^2*,杨琦²,秦雪箭²,秦裕琨²

（1.西里西亚工业大学 材料与技术系,卡托维兹,波兰

2.哈尔滨工业大学 能源科学与工程学院,哈尔滨150001）

摘要：

本文介绍了沉降炉燃烧过程中积灰增长的模拟和实验研究。采用现有的灰沉积模型,该模型考虑了灰颗粒撞击瞬间的重力、弹性回弹和粘附力之间的关系。通过实验数据确定了该模型的重要参数。研究了颗粒大小和速度对沉积物几何结构的影响。利用Fluent中的动网格技术,对不同入口速度、管径和管子布置方式下的灰沉积生长进行了模拟。模拟结果表明,由于弹性反弹力项的存在,颗粒法向碰撞速度起着重要作用。沉积几何结构受侧向速度（入口2的速度）的影响,较大的速度对改变沉积形状和延迟稳定时间有明显的影响。

关键词：飞灰;沉积;动网格技术

     

大涡模拟气固两相三维湍流射流

为了研究三维矩形射流中拟序结构的空间演化和颗粒扩散特征，建立了气固两相矩形射流流场内气体、颗粒两相运动的大涡模拟数学模型，并在此基础上完成了对流动雷诺数等于11 500的气固两相射流的数值模拟.采用亚网格应力模型模拟气相场,并用Lagrangian方法跟踪了颗粒相运动.模拟结果显示了流场流向涡拟序结构随时间发展的演变过程，同时给出了气流相三维拟序结构作用下微细颗粒在整个流场空间中的运动扩散特性.     

声波对流化床内水平射流的影响

在内径140 mm,高1600 mm的声场射流流化床中,以催化裂化催化剂(FCC)和石英砂颗粒为床料,采用光导纤维探针测定了水平射流的射流深度和不同轴/径向位置的颗粒浓度分布。结果表明:射流深度随射流气速、流化数和射流管径的增大而增大,随床料平均粒径和密度的增加而减小,声场的引入可以增大射流深度。声压越大射流深度越大;声波频率在150 Hz时射流深度最大。颗粒浓度沿轴向高度的增大而增大,声波对射流区颗粒浓度没有影响,鼓泡区颗粒浓度随声压级的增大而增大,随声波频率的增大先增大后减小。     

双峰聚乙烯颗粒临界流化速度的研究任

针对环管和流化床串联的组合工艺中双峰聚乙烯黏性颗粒流化状况不佳的现状,利用压差法系统考察了温度和粒径对临界流化速度的影响,以及温度对粒径分布的影响.结果表明,压降-气速关系不符合经典轨迹,压降曲线波动较普通树脂显著,流化过程依次表现为颗粒流化和聚团流化两个过程.由于双峰聚乙烯中低相对分子质量部分的存在,聚合物颗粒间表现出较强的黏性,引起团聚现象,粒径分布变宽.表观最小流化速度与经典公式计算数据偏离较大,其数值随温度的升高呈增大趋势,且粒径越小,温度对最小流化速度的影响就越大.通过添加黏性力项,重新建立颗粒的力平衡,获得了具有较高精度的临界流化速度模型.     

A stochastic model of bubble distribution in gas-solid fluidized beds

On the basis of the Langevin equation and the Fokker-Planck equation, a stochastic model of bubble distribution in a gas-solid fluidized bed was developed. A fluidized bed with a cross section of 0.3 m×0.02 m and a height of 0.8m was used to investigate the bubble distribution with the photographic method. Two distributors were used with orifice diameters of 3 and 6 mm and opening ratios of 6.4% and 6.8%, respectively. The particles were color glass beads with diameters of 0.3, 0.5 and 0.8 mm (Geldart group B particles). The model predictions are reasonable in accordance with the experiment data. The research results indicated that the distribution of bubble concentration was affected by the particle diameter, the fluidizing velocity, and the distributor style. The fluctuation extension of the distribution of bubble concentration narrowed as the particle diameter, fluidizing velocity and opening ratio of the distributor increased. For a given distributor and given particles the distribution was relatively steady along the bed height as the fluidizing velocity changed.     

人体上呼吸道模型内气流和颗粒沉积的大涡模拟

为探索人体呼吸道内的气体流动和颗粒的运动沉积规律，建立了一个从口腔到前三级支气管的三维几何模型，采用大涡模拟方法计算了此复杂几何结构内的气体流动，并在拉格朗日框架下研究了颗粒的运动现象.讨论了在呼气和吸气过程中不同横截面的流动分布规律，统计了在不同工况下颗粒在呼吸道模型内各部位的沉积率.分析结果表明，不同级气管横截面的流动结构存在很大差异，颗粒沉积率主要受到呼吸强度与颗粒惯性的影响.为验证模型和模拟结果的正确性，将模拟得到的沉积率和文献中的实验数据进行了比较，两者吻合良好.