循环流化床燃烧数学模型

介绍了有关文献中循环流化床燃烧的数学模型。按照各模型所使用的流体动力学模型的差异，将它们分成了不同的类别。同时也简要介绍了几种目前应用于循环流化就数学模型的气固两相流数值模拟方法。在评述各模型的优缺点和分析目前所存在问题的基础上，初步提出了进一步发展的方向。     

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。     

循环流化床流动数学模型综述

综述了有关循环流化床内气固两相流动的数学模型,包括欧拉坐标系下的两相流体模型以及近年来兴起的颗粒动力学双流体模型、基于拉格朗日坐标下的颗粒轨道模型、被很多学者应用的“小室模型”等,对由这些基本模型发展出的更新的一些模型进行了分类,并比较了其各自优缺点,提出了可能的发展方向。     

下行气固两相流与管内壁间的摩擦压降

在较宽的操作条件范围内系统测试了下行床床层压力降,获得气固两相流与管内壁间的摩擦压降,提出了下行气固两相流与管壁间摩擦压降的计算模型。结果表明,在下行床的充分发展段,气固两相流与管壁间的摩擦导致表观颗粒浓度显著小于真实颗粒浓度;当表观气速大于8 m·s^-1时,气固两相流与管壁间的摩擦压降接近甚至超过气固两相流重力产生的静压降。在采用压差法测试下行床中的平均颗粒浓度时,如忽略气固两相流与管壁间的摩擦,则可能导致显著的偏差。下行气固两相流与管内壁间的摩擦压降主要来自于颗粒与管壁间的摩擦。颗粒直径对气固两相流与管壁间摩擦压降的影响随着操作气速的提高逐渐减弱。采用提出的摩擦压降模型对表观颗粒浓度进行修正后,预测值与实验值吻合较好。     

管内稠密气固两相流数值模拟计算:颗粒动力学方法

基于稠密气固两相流流体动力学模型、颗粒动力学的颗粒湍动能模型 (KTGF)和气体湍动能模型(SGS) ,模拟计算结果得到了实验研究所揭示的环 -核流动结构 .模拟计算与Miller和Gidaspow的实验结果进行了比较 ,颗粒相浓度、速度和颗粒相动力黏性系数分布与实验值基本吻合 .     

循环流化床合成气甲烷化过程模拟及影响因素分析

以甲烷化循环流化床反应器为研究对象,采用计算颗粒流体力学(CPFD)方法,耦合了甲烷化反应动力学模型,实现了甲烷化在循环流化床中的反应过程。将模拟结果同文献中的实验数据进行了对比验证,获得了反应器的内部流场、温度场以及组分浓度分布。数值模拟研究了不同操作条件对甲烷化特性的影响规律。结果表明:催化剂颗粒在反应器内的流化行为对反应影响显著,反应器提升管固体密相区是反应进行的主要区域;通过提高反应压力和H2/CO(物质的量之比),降低空速,可以提高CO转化率和CH4收率。     

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。     

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 .     

循环流化床锅炉数值模拟研究进展

对国内外研究者在CFB锅炉气固流动特性、炉内燃烧及污染物排放特性等不同实际问题开展的数值模拟研究进行了总结,主要对气固两相流、传热、煤颗粒燃烧和S、N污染物生成与控制几个部分的数值模型进行归纳整理,并将各部分模型与煤粉锅炉数值模型进行了比较.此外,从锅炉冷态数值模拟时的气固流动特性和热态数值模拟时的燃烧和污染物排放特性...     

循环流化床燃烧数学模型及试验研究

利用循环流化床内气－固两相流动基础方面的研究成果, 提出床内气固浓－淡流动模型, 建立适用不同结构参数的循环流化床燃烧模型, 考虑了床内气体、固体颗粒的返混、循环过程以及煤燃烧、污染气体的生成和分解、颗粒磨损等过程． 在循环流化床燃烧试验台上进行实验研究, 模型仿真结果和实验数据吻合良好, 表明气固两相浓－淡流动模型所建立的循环流动床燃烧系统模型可以正确地模拟循环流化床的燃烧过程．     

液固循环流化床两相流动模型

引　言流化床换热器具有防、除垢和强化传热等优点 ,在化工、食品、海水淡化、废水处理等领域具有广阔的应用前景[1].目前 ,流化床换热器历经散式流化床、内循环流化床 ,已发展到外循环流化床换热器[2 ],它要求在较稀的颗粒浓度 (颗粒浓度小于 5% )、较高的流速 ( 1～ 3ｍ·ｓ- 1)下操作 .流化床换热器中液体流动及颗粒运动状态的研究对流化床换热器的设计和操作具有重要意义 ,但人们对循环流化床换热器中颗粒运动情况的研究还很缺乏 .考虑到循环流化床换热器中的每根换热管都可作为一个独立的循环流化床对待[3].本文试图建立一滑移速度模型…     

气固并流下行床气体扩散行为的研究

采用氢气稳态示踪方法在内径140mm的气固并流下行循环流化床中对气体扩散行为进行了实验研究.实验结果表明:下行床中气体扩散行为可用二维拟均相模型进行描述,其气体的径向扩散系数与气速、固体循环量及颗粒密度的关系可用下列准数关联式表示Pe_r=4.35×10_(-3)Re~(0.95)ε~(-73.4) 1>ε>0.99而下行床中气体轴向扩散系数要比提升管中小1个数量级以上.     

循环流化床流体特性研究

在 D2 0 0 mm× 2 560 mm自制循环流化床上利用生石灰进行了流体特性研究 .实验结果表明 :固体颗粒循环速率和表观气速是影响压力分布的两个重要因素 .降低气速、提高颗粒循环速率 ,可以提高床内颗粒浓度 ,增加颗粒停留时间 .最后经无因次分析和实验数据拟合 ,分别得到了循环流化床压降和颗粒浓度沿床轴向分布经验关联式 .     

三相循环流化床中气泡大小及其分布的实验研究

用光纤探头技术对三相循环流化床中的气泡大小及其分布进行了系统研究 ,实验测定了操作条件对气泡大小及其分布的影响规律 .实验结果表明 ,三相循环流化床中气泡的大小分布可用对数正态分布表征 ,在实验条件下气泡平均直径在床中心区域较小且沿半径方向由中心向边壁逐渐增大 ,并随表观气速的增大而减小 ,随固含率的增大而增大 ,表观液速对气泡平均直径的影响较小     

循环流化床内颗粒运动与换热分析

对循环流化床锅炉床体内部贴近壁面的颗粒团运动和受力特点进行了分析,探讨颗粒团沿壁面下滑贴壁时间的计算方法,由此发展了床体内部颗粒-气体对流换热传热系数的理论计算模型和方法.与现有文献的实验数据资料比较表明,计算的结果较好地反映了实际情况.     

并流下行循环流化床反应器气固传质模型

建立了并流下行循环流化床反应器气固吸附传质模型,并采用稳态示踪的实验研究方法,测定了下行床中气相示踪剂浓度的轴向分布,进而利用Marquardt多元非线性回归方法求得了模型参数即轴向扩散系数和传质系数的值.实验结果的回归得到了模型参数与操作条件的经验关联式.该模型能很好的预计传质过程,包括轴向扩散系数和传质扩散系数的值以反应器中组分浓度的轴向分布,因此可用于描述并流下行循环流化床反应器的气固吸附传质过程.     

EFFECTS OF SECONDARY AIR INJECTION ON GAS-SOLID FLOW BEHAVIOR IN CIRCULATING FLUIDIZED BEDS

Effects of secondary air injection on the hydrodynamics such as solid holdup and gas-solid flow behavior were investigated in a circulating fluidized bed. The gas velocity in the riser, the ratio of secondary air velocity to that of primary air, and the solid circulating rate were chosen as operating variables. Fluid cracking catalyst(FCC) with a density of 1840 kg/m³ and a mean diameter of 74 um was employed as the solid phase. The secondary air was fed to the riser radially or tangentially at the wall of the column. Pressure drop fluctuations in the riser were measured and analyzed by adopting the stochastic method to characterize the effects of secondary air injection on the gas-solid flow behavior in the bed.

It has been found that the injection of secondary air into the riser can increase the solid holdup in the riser considerably, and that the tangential injection of secondary air is more effective for the increasing the solid holdup than the radial injection. However, the gas-solid flow behavior has been found to become less persistent with the injection of secondary air; the resultant flow behavior is more complex when the air is injected tangentially than radially. The solid holdups in the primary as well as secondary zones of the riser have been well correlated in terms of not only operating variables but also fractal dimension of the pressure fluctuations.     

EFFECTS OF SECONDARY AIR INJECTION ON GAS-SOLID FLOW BEHAVIOR IN CIRCULATING FLUIDIZED BEDS

Effects of secondary air injection on the hydrodynamics such as solid holdup and gas-solid flow behavior were investigated in a circulating fluidized bed. The gas velocity in the riser, the ratio of secondary air velocity to that of primary air, and the solid circulating rate were chosen as operating variables. Fluid cracking catalyst(FCC) with a density of 1840 kg/m³ and a mean diameter of 74 um was employed as the solid phase. The secondary air was fed to the riser radially or tangentially at the wall of the column. Pressure drop fluctuations in the riser were measured and analyzed by adopting the stochastic method to characterize the effects of secondary air injection on the gas-solid flow behavior in the bed.

It has been found that the injection of secondary air into the riser can increase the solid holdup in the riser considerably, and that the tangential injection of secondary air is more effective for the increasing the solid holdup than the radial injection. However, the gas-solid flow behavior has been found to become less persistent with the injection of secondary air; the resultant flow behavior is more complex when the air is injected tangentially than radially. The solid holdups in the primary as well as secondary zones of the riser have been well correlated in terms of not only operating variables but also fractal dimension of the pressure fluctuations.