循环流化床提升管气固湍流的计算流体力学模拟——k-ε-kp-εp-Θ5参数双流体模型

提出了用k-ε-kp-εp-Θ5参数的双流体模型来模拟循环流化床提升管中的气固湍流.模型用颗粒动力学理论描述颗粒与颗粒间的碰撞,用低Reynolds数湍流方程分别模拟气相和颗粒相的湍动,并且考虑了气固两相湍动的相互作用.模拟所得颗粒速度和浓度的径向分布与实验结果吻合良好.分析表明:在时间和空间域上,采用颗粒相湍动与颗粒间碰撞分离处理和颗粒相湍能及耗散方程的引入是合理的;颗粒相湍动与两相湍动相互作用的封闭条件是影响模拟结果的重要因素.     

导向管液固喷动床的数值模拟研究

本文以液-固两相流理论为基础,用颗粒动力学理论描述颗粒与颗粒间的碰撞,用标准湍流方程模拟液相和颗粒相的湍动,并且考虑液-固两相的相互作用,旨在探索一种工程设计和放大的新方法。对比颗粒循环速率和密相区真实液相流速的模拟结果与实验值,结果吻合较好。     

考虑颗粒间碰撞的稠密气/固流动二阶矩两相湍流模型

将统一二阶矩两相湍流模型和颗粒动力学理论结合,推导并封闭了稠密两相流考虑颗粒间碰撞的统一二阶矩两相湍流模型.该模型用颗粒动力学理论模拟颗粒之间的碰撞,用各向异性的统一二阶矩模型考虑气相和颗粒相的湍流脉动,并用输运方程描述气固两相湍流之间的相互作用.最后用该模型对狭窄槽道内的气粒两相流动进行了模拟,模拟所得的颗粒水平方向和垂直方向的雷诺应力和实验结果吻合良好.结果表明,考虑颗粒间碰撞之后,颗粒水平方向雷诺应力的预报得到了明显改进.     

亚格子湍动能模型及循环流化床气固湍流特性分析

以气相大涡-颗粒相二阶矩双流体模型为框架,基于单相流亚格子湍动能推导方法,考虑固相影响推导气相亚格子湍动能方程,建立了适用于气固两相流动的气相亚格子湍动能模型;同时考虑气相亚格子湍动能与颗粒相速度脉动二阶矩之间的脉动能量传递,补充了气固相间脉动能量作用模型。模拟了循环流化床内气固两相湍流流动过程,模拟结果与实验数据吻合较好,并较未考虑湍流模型的模拟结果更接近实验值。比较了不同亚格子湍流模型对颗粒运动的影响,与Smagorinsky亚格子涡黏模型相比,亚格子湍动能模型能够更好地模拟两相流的湍流特性。分析了气体表观速度对湍流作用的影响。研究表明,随着气体表观速度的增加,气相亚格子湍动能和亚格子能量耗散逐渐增加,径向分布的非均匀性增强。     

循环流化床多组分颗粒气固两相流动模型和数值模拟

基于稠密气体分子运动论和颗粒动力学,考虑多组分颗粒中颗粒组分与颗粒组分、颗粒组分内颗粒之间的相互作用以及气体与颗粒之间的相互作用,提出多组分颗粒非等温颗粒气固两相流动模型.以颗粒压力、径向分布函数、黏度、颗粒碰撞耗散等耦合各颗粒组分间和颗粒间的相间作用.采用大涡模拟方法模拟气相湍流流动.提出了多组分颗粒的径向分布函数计算方法.对循环流化床上升管中双组分颗粒气固两相流动特性进行了数值模拟,模拟结果揭示了上升管中双组分颗粒气固两相流动的环-核流动结构,得到了平均颗粒粒径的轴向和径向分布规律,计算结果与文献中实验结果相吻合.     

湍流气固两相流动状况的数值模拟

应用已建立的提升管反应器固两相流动反应模型,对工业催化裂化提升管反应器内在有传热及裂化反应时的湍流气固两相流动进行了数值模拟,得到了气固两相湍充动状况的详细信息,揭示了提升管内部有反应和传热时气固两相湍流流动的基本特征。模拟结果表明,在轴向,径向和圆周方向都存在着流动,湍能与率剂颗粒浓度的不均匀分布,进料段内的流动是整个反应器最复杂的部分。工业提升管反应器内这一复杂的气固两相湍流流动必将对传热和裂     

旋流气固分离器内气粒两相运动特性及分离效率

基于旋转气固多相流复杂的运动特征,结合旋流气固分离器的特点,同时考虑颗粒间的碰撞与并聚和喷水加湿对颗粒间并聚及碰撞、颗粒运动特性的影响,并考虑颗粒对气相的作用构建了描述旋流气固分离器内湍流气固多相流的三维时均方程组.模型封闭采用κ-ε/ RNG模型,数值模拟了旋流气固分离器内气固两相流场、固相运动特性及分离效率,提出了合理的旋流气固分离器分离效率计算关联式.     

循环流化床气固流动行为的数值模拟

采用欧拉-欧拉双流体模型,在Fluent数值模拟平台上对循环湍动流化床进行了研究。采用Gidaspow模型分段描述密相湍动和稀相循环输送区气固的相互作用,考察了反应器内压力、颗粒浓度等气固湍动特性参数的变化。计算流体力学(CFD)的模拟结果表明:反应器中压力分布较为均匀;固体颗粒相和气体相间隙成絮状分布,在轴向中心区域颗粒浓度分布较为均匀;边壁区域颗粒浓度变化较大,存在强烈的气固相互作用。     

循环流化床气固流动行为的数值模拟

采用欧拉-欧拉双流体模型,在Fluent数值模拟平台上对循环湍动流化床进行了研究。采用Gidaspow模型分段描述密相湍动和稀相循环输送区气固的相互作用,考察了反应器内压力、颗粒浓度等气固湍动特性参数的变化。CFD的模拟结果表明反应器中压力分布较为均匀;固体颗粒相和气体相间隙成絮状分布,在轴向中心区域颗粒浓度分布较为均匀;边壁区域颗粒浓度变化较大,存在强烈的气固相互作用。     

直接模拟蒙特卡罗方法研究循环流化床内颗粒聚团的流动

采用直接模拟蒙特卡罗方法(DSMC)模拟颗粒间的碰撞,用Lagrangian方法计算颗粒的运动.采用考虑颗粒脉动流动对气相湍流流动影响的大涡模拟(LES)研究气相湍流.数值模拟垂直管道内气固两相上升流动,对管内气相速度和颗粒相速度、浓度,以及聚团流动进行分析,得到气固两相上升流中颗粒流动的有关信息.     

旋流燃烧室内气体-颗粒两相湍流流动的数值模拟

综合应用代数Reynolds应力模型和流体相脉动速度大小和方向均具有随机性的颗粒相随机轨道模型,对旋流燃烧室内有直流射流与旋转射流相互作用的气-固两相湍流流动进行了数值模拟.得到的气相轴向与切向速度和轴向脉动速度均方根值分布以及颗粒相轴向总质量流通量和轴向与切向速度分布与实验基本相符合,并比对气相湍流采用k-ε模型的相应计算结果有较明显的改进.     

SLC-S分解炉增加物料进口时气固两相流场的数值模拟

以SLC-S分解炉为基准模型,新增一个物料进口,分别对两物料进口在不同的相对位置时的气固两相流场进行了数值模拟.对连续相、颗粒相的计算分别采用k-ε双方程湍流模型和离散相模型,对离散相与湍流之间的相互作用采用随机跟踪模型.模拟所得的气流场分布规律与模型实测结果吻合较好,而且所预测的固、气停留时间以及固气停留时间比值与模型实验预测值相一致.对结构进行优化的模拟结果表明:当两物料进口之间的水平投影夹角大于或等于135°时,尤其是在157.5°时,物料在分解炉内的分散状况皆良好,物料停留时间的绝对值和固气停留时间比值皆很高,为适宜的夹角范围.     

水平管加压密相煤粉气力输送数值模拟

针对加压密相气力输送,对现有的颗粒静摩擦力模型进行适当修正,并将其与颗粒动理学理论相结合,建立了可以描述加压密相气力输送的气固湍流流动状况的多相流模型。该模型充分考虑了颗粒间碰撞和摩擦力作用,以及气相和颗粒团湍流脉动之间的相互作用。采用该模型对水平管内加压密相气力输送进行了三维数值模拟研究,模拟得到了气相和固相的速度、浓度和湍流强度分布,以及压降梯度的变化规律,再现了颗粒沉积层的形成和运动的动态过程。并进行了加压密相煤粉气力输送试验研究,预测的压降梯度与试验测量结果相符合。     

搅拌釜中湍流流场和细长颗粒取向的模拟

采用两流体模型和改进的内外迭代法模拟了搅拌釜中固相为细长颗粒的液固两相湍流流场,采用标准的κ-ε模型封闭,用SIMPLE算法求解压力.模拟结果与搅拌釜中固相为球形颗粒时的流场进行比较,速度场基本相同,仅釜中心处速度略有差别.对细长颗粒取向模拟时,与以往文献多以Jeffery方程为研究出发点不同,本文作者直接利用刚体颗粒的运动和转动方程,得到搅拌釜中细长颗粒取向的变化规律.     

气液固三相湍流流动的E/E/L模型与模拟

采用基于双流体模型与粒子分散模型相结合的方法 ,建立了一个用于描述气液固三相湍流流动的Eulerian/Eulerian/Lagrangian模型 (简称E/E/L模型 ) .在Euler坐标系中考虑了气液两相 ,利用双流体模型来表述气液两相的相互关系 ;同时在Lagrange坐标系中考察了颗粒的运动 ,并把颗粒对气液两相的影响耦合于双流体模型中 .以流化床内气液固三相湍流流动为例进行的数值模拟结果与实验结果吻合良好 .所提出的模型及其模拟具有很好的准确性和可靠性 ,为研究气液固三相湍流流动提供了一种新的途径     

壁面条件对FCC颗粒湍动床气固流动影响的模拟

采用基于颗粒动力学的双流体模型对FCC颗粒湍动床和挡板床内气固流动进行模拟研究,考察颗粒相壁面边界条件对其气固流动的影响。研究结果表明,采用Johnson-Jackson壁面边界条件描述壁面与颗粒的相互作用时,壁面反射系数对气固流动行为影响较大,而颗粒-壁面碰撞恢复系数影响甚微。通过将模拟结果与实验数据对比,确定壁面反射系数取0.001时能较好地描述壁面与颗粒间的作用力。对于挡板床,挡板的加入增大了壁面面积,壁面对颗粒的作用力更加显著,挡板壁面采用部分滑移条件时,穿过导向挡板向上和向下运动的颗粒数量均较大于采用无滑移条件时的结果。挡板壁面的光滑程度对其在床层中的作用有一定影响。     

双尺度二阶矩两相湍流模型和水平槽道内两相流动的数值模拟

对有颗粒碰撞的两相流动,常常采用将颗粒湍流模型和反映颗粒碰撞作用的动力学模型叠加的方法来构造稠密两相流动的二阶矩湍流模型,在理论上不协调.基于将颗粒脉动分成湍流引起的大尺度脉动和颗粒间碰撞产生的小尺度脉动的概念,建立了两相流动的双尺度二阶矩湍流模型.用该模型对水平槽道内两相流动进行了数值模拟.预报结果和实验结果符合,和单尺度二阶矩湍流模型的结果接近,表明了本模型的可行性.模拟结果还给出了大尺度和小尺度雷诺正应力分布,发现在同一方向上前者比后者大.     

下行床气固两相流动计算流体力学模拟

基于颗粒相动力学理论 ,对层流机制表达的气固两相流体力学模型采用Reynolds平均的方法获得气固两相流的湍流模型描述 .其中 ,气相湍流行为以k -ε模型描述 ;颗粒相的碰撞行为以颗粒流的动力学模型表达 ;而湍流行为以kp 模型描述 .因此建立的k -ε -Θ -kp 模型综合考虑了气相和颗粒相的湍流运动以及颗粒的碰撞行为 .依据此模型建立了三维流体力学求解程序并对下行床气固两相流动行为进行了模型预测 .讨论了恢复系数的选取及壁效应假设 ,从机理上分析并考察了 3种模型的预测能力 .针对内径 1 40mm、高 7m的下行床冷态设备 ,在较宽的操作范围内 ,对比了详细的颗粒浓度和速度径向分布以及轴向参数分布 ,并对下行床的放大行为进行了预测 .     

分布板对液固流化床换热器颗粒分布的影响

以三维Navier-Stokes方程为控制方程,结合k-ε二方程湍动模型,以直径为1 mm刚玉球作为颗粒相,水为流动相,采用隐式有限体积法对流化床换热器内的液固二项流动进行数值模拟.研究了换热器下管箱安装分布板与否及分布板板面结构形式对颗粒分布的影响,并通过下管箱内压力分布的实验结果对所采用的数值计算方法进行验证.结果...     

稀疏两相射流中颗粒碰撞的数值研究

为了研究稀疏气固两相流动中颗粒间的碰撞行为及其对颗粒扩散的影响,对三维两相湍流射流进行了直接数值模拟。其中对流场控制方程的求解采用有限容积法和分步投影算法,对颗粒的跟踪采用拉格朗日方法,对颗粒间的碰撞采用硬球模型模拟。结果发现,在流场中局部浓度较高的区域颗粒碰撞频繁发生;受局部富集效应和湍流输运作用两方面的影响,颗粒的平均碰撞次数并不是随着Stokes数的增加呈现简单的线性增加,而是在Stokes数为0.1附近存在一个极值;考虑颗粒间的碰撞作用以后,颗粒的分布更加均匀,沿横向和展向的扩散也都有所增加。