不同曳力模型及颗粒碰撞恢复系数对短接触旋流反应器内气固流场的影响

为考察曳力模型和颗粒碰撞恢复系数对短接触旋流反应器内流动特性的影响,基于双流体模型, 结合颗粒动力学理论,对反应器内气固两相流场进行模拟研究。分别采用Gidaspow、Wen & Yu和Syamlal-O’Brien 3种曳力模型, 考察颗粒速度特性以及固含率径向分布。对比分析不同曳力模型的计算结果表明,Syamlal-O’Brien模型计算结果与实验结果误差较大,Wen & Yu模型在反应器边壁附近区域的计算结果误差较大,Gidaspow模型计算结果与实验结果最为吻合。此外,颗粒碰撞恢复系数较小时,所得计算值小于实验测量值,当恢复系数为0.95时颗粒扩散效果最好,计算结果与实验数据吻合度最高。     

双流体模型中曳力及恢复系数对气固流动的影响

应用双流体模型CFD模拟的方法,从恢复系数和曳力两方面,研究了气固密相流化床中颗粒之间和气固相之间的相互作用对床内非均匀流动结构形成与变化的影响.计算结果表明颗粒间非弹性碰撞和气固间曳力的增大均使气固两相流动的非均匀性增大.通过比较二者对非均匀流动结构的影响,发现气固间曳力是形成非均匀流动结构的决定因素.从碰撞耗散、颗粒动能和颗粒势能的角度分析了二者的作用机理,发现恢复系数和曳力对流动结构的作用主要区别在于对颗粒团聚和床层膨胀的影响程度不同.     

EMMS曳力模型及其颗粒团模型的构建和检验

准确描述颗粒团聚特性是发展完善基于多尺度最小能量原理(EMMS)的曳力模型的重要方向之一。提出描述颗粒团聚特性的数学模型,不仅符合物理判断,而且与实验结果吻合。采用颗粒团模型,改进EMMS曳力模型,与实验及直接数值模拟结果吻合较好。改进的曳力模型与欧拉-欧拉双流体方法耦合,实现了不同工况下A、B类颗粒流化床流动特性的数值模拟。成功预测了颗粒非均匀分布特性、局部滑移速度、局部非均匀度以及噎塞状态。     

EMMS曳力模型及其颗粒团模型的构建和检验

准确描述颗粒团聚特性是发展完善基于多尺度最小能量原理（EMMS）的曳力模型的重要方向之一。提出描述颗粒团聚特性的数学模型,不仅符合物理判断,而且与实验结果吻合。采用颗粒团模型,改进EMMS曳力模型,与实验及直接数值模拟结果吻合较好。改进的曳力模型与欧拉-欧拉双流体方法耦合,实现了不同工况下A、B类颗粒流化床流动特性的数值模拟。成功预测了颗粒非均匀分布特性、局部滑移速度、局部非均匀度以及噎塞状态。     

粗糙颗粒碰撞参数对鼓泡流化床内气固流动模拟的影响

结合粗糙颗粒动力学理论和双流体方法,数值模拟了碰撞参数对鼓泡流化床内稠密气固两相流动特性的影响. 结果表明,增大摩擦系数或减小法向弹性恢复系数会使床内颗粒分布更为不均,并增强床层膨胀及压力降脉动. 合理选取摩擦系数模拟得到时均气固流场分布,与实验吻合,罂粟籽颗粒的摩擦系数取0.3~0.6较合适. 法向弹性恢复系数改变不影响时均气固流场分布的基本形态,其取值敏感性不如摩擦系数;切向弹性恢复系数对鼓泡流化床动态特性及时均气固流场的影响相对较弱.     

曳力模型和湍流模型对内环流反应器数值模拟的影响

研究了曳力模型和湍流模型对气升式内环流反应器流体力学参数的影响,进一步证实了DBS-Local曳力模型在气升式内环流反应器中的适用性。结果表明：曳力模型决定了是否可以模拟出下降管中的气体;而曳力模型和湍流模型共同作用,决定了气含率模拟结果的准确性。Schiller-Naumann、Tomiyama、Grace、Ishii-Zuber这4种曳力模型均无法预测出下降管含气这一现象,而DBS-Local曳力模型能够模拟出下降管中的气体。DBS-Local曳力模型与standard k-ε mixture湍流模型组合,对气含率的预测值与实验值较为接近,而与RNG k-ε dispersed湍流模型组合,对轴向液速的预测值与实验值更为接近。     

气固流化床介尺度结构形成机制及过滤曳力模型研究进展

气固流化床中,介于颗粒与宏观尺度间的复杂的时空多尺度结构（介尺度结构）将完全改变气固相间作用规律,加大了流态化系统调控及预测的难度。为此,需要构建考虑结构影响的相间本构关系。其中,曳力作为影响流态化动力学特征的主导因素,对其研究尤为重要。从结构产生演化的机制出发,概述结构影响曳力的机理,以模型构建流程的角度对结构和过滤两类模型进行总结,并重点综述过滤模型构建在提升准确性、有效性、通用性和考虑更多物理机制方面的最新进展。研究表明：提升模型通用性和考虑真实系统中更丰富的物理机制仍是建模中亟待解决的问题,结合结构演化机制理性建模和充分发挥机器学习数据分析处理优势或是曳力建模进一步发展的关键。     

入口结构对短接触旋流反应器流场的影响

采用RNG k-ε湍流模型,结合欧拉双流体模型对倾斜向下0°、10°和20°切向入口角度的短接触旋流反应器进行数值模拟,分别考察混合腔内速度场、固相浓度场和分离段速度场。模拟结果显示:倾斜向下10°切向入口能有效的消除顶部灰环、抑制轴向返混、减少在混合腔的停留时间,同时改善混合腔内的固相颗粒不均匀度。角度的改变对分离段速度场的影响较小。     

耦合EMMS曳力与简化双流体模型的气固流动模拟

提出了一种耦合EMMS曳力的简化双流体模型,该模型忽略固相黏度,用简单的经验关联式来计算固相压力,并且耦合考虑了介尺度结构的EMMS曳力模型来计算气固相间作用力。采用简化双流体模型成功模拟一个三维实验室尺度鼓泡流化床,数值模拟结果与完整双流体模型以及实验测量结果进行了比较,结果表明耦合EMMS曳力的简化双流体模型模拟结果与完整双流体模型耦合EMMS曳力的模拟结果基本相当,并且都与实验结果吻合良好,然而简化双流体模型的计算速度是完整双流体模型的两倍以上。这表明曳力模型在气固模拟中起着主导作用,而固相应力的作用是其次的,耦合EMMS曳力的简化双流体模型在实现工业规模气固反应器快速模拟中具有巨大潜力。     

催化裂化用短接触旋流反应器内气固滑移特性

利用欧拉-欧拉双流体模型对短接触旋流反应器分离腔内气固滑移特性进行了数值模拟,主要研究了切向气固滑移速度的分布规律,并考察了操作参数和物性参数对分离腔内切向滑移速度的影响。计算结果表明,分离腔内切向气固滑移速度沿径向呈“驼峰”分布;当气相入口速度增大或者剂气比减小时,切向气固滑移速度变小,颗粒切向速度增大,离心力增大,有利于提高气固分离效率;颗粒密度对切向滑移速度分布影响不大;颗粒粒径较大时,在排尘口易出现堵塞,不利于长周期运行;建立了截面平均切向气固滑移速度计算模型,计算值与模拟结果误差在±7.0%以内。     

基于变尺度格子气方法的气固相间曳力模型

基于变尺度格子气方法,建立了气固相间曳力模型,对气固两相之间的耦合机制进行了研究,从微观角度出发,得到了气固两相之间相互作用的宏观行为。文章用此模型对气固两相流系统进行了模拟,模拟结果与四种经典曳力模型的模拟结果一致,验证了模型的正确性和有效性。     

短接触旋流反应器混合腔内离散颗粒分布特性的模拟

应用DPM模型对新型催化裂化短接触旋流反应器内的颗粒分布特性进行数值模拟,主要考察混合腔内气、固两相速度与浓度分布的基本特征。模拟结果表明:1~30μm粒径颗粒受到重力场和旋流场的作用,在混合腔内沿气流方向旋转扩散,充满整个混合区域且逐渐螺旋下行;而50、70、100μm粒径的颗粒由于粒径相对较大,不易被气流夹带,在混合腔内的流动更为复杂,浓度分布的不均匀度增大。研究结果为新型反应器的设计和优化提供了重要理论依据。     

液滴降落过程表面曳力及其形状改变规律

在单颗粒液滴-气流体系中,采用计算流体力学方法对速度发展段的输运现象进行数值模拟。研究液滴在气流中逆流运动的形态变化规律与局部传递特征。获得在30相似文献   

湿颗粒倾斜碰撞恢复系数的直接数值模拟

通过耦合VOF(volume of fluid)和重叠网格的方法,对表面附着液滴的“颗粒-颗粒”倾斜碰撞进行了直接数值模拟,获得了碰撞过程中液桥演变、颗粒运动、碰撞恢复系数的变化规律。在不同碰撞角度条件下,法向碰撞是液体对碰撞恢复系数影响最显著的情况。随着液体黏度的增加,法向恢复系数和总恢复系数降低,而切向恢复系数略微增加。随着碰撞速度的增加,法向恢复系数和总恢复系数增加,而切向恢复系数降低。在倾斜碰撞中,颗粒的旋转对于颗粒分离具有促进作用,液桥可对颗粒产生剪切作用使得部分切向动能转化为法向动能。研究结果可以为发展湿颗粒碰撞简化模型提供基础数据。     

液固散式流态化CFD模拟中曳力模型的影响

基于无黏性双流体简化模型在商业化软件平台上,通过增加用户自定义子程序考察了Gidaspow、Syamlal-O’Brien、Di Felice、Gibilaro、Dallavalle和BVK曳力模型对液固散式流态化CFD模拟结果的影响行为,探讨了相应的影响机制。经与文献中不同颗粒Reynolds数的代表性实验数据对比后发现：BVK和Dallavalle曳力模型对床层膨胀高度和整体固含率的预测精度较高;BVK、Syamlal-O’Brien以及Dallavalle曳力模型给出的床内固含率径向分布较为准确;BVK曳力模型较为准确地再现了颗粒轴向速度的径向分布特征。BVK曳力模型的影响机制与液固散式流态化中颗粒动力学特性相符合,在所考察范围内其预测性能最优;Dallavalle曳力模型在其余5个传统模型中预测性能较优且形式简洁在程序中易于实现。     

气-固环流反应器内瞬态流体力学特性的数值模拟

采用双流体模型和颗粒动力学理论,并考虑颗粒团聚现象对气固相间曳力的影响,对气-固环流反应器内的流体力学特性进行了数值模拟。模拟的时均固含率和颗粒速度与实验数据具有较好一致性,验证了模拟方法的可靠性。模拟结果表明：气-固环流反应器内瞬态固含率的分布具有典型聚式流态化的非均匀特征;压力脉动沿床层轴向的分布在一定程度上定性反映了气泡运动的信息;颗粒速度的时间序列和概率密度分布函数表明,床层各径向位置均存在颗粒的向上、向下运动,颗粒主体在床层内向上运动的同时还存在微观的内循环运动,模拟值为颗粒时均速度的径向非均一性宏观分布提供了合理的微观解释。     

风粉混合器内气固两相流动的模拟及试验研究

煤粉工业锅炉系统中风粉混合器是实现煤粉与一次风快速均匀混合的关键设备,测量及计算风粉混合器内煤粉、一次风气固两相流流场,对于优化风粉混合器结构,强化风粉混合效率及提高一次风粉的均匀稳定供给具有重要意义。笔者针对竖直结构及倾斜结构的2种风粉混合器,开展了数值计算及现场工程试验研究。基于几何拓扑学知识,采用ICEM软件针对2种风粉混合器划分了合适的三维网格;多相流理论模型中,多相连续介质模型中的双流体模型各相视为相互渗透、耦合但又保持各自运动特征的连续介质,相比于单流体模型,双流体模型考虑了固相的湍流输运以及气固两相间相互滑移引起的阻力,使得计算结果更接近实际情况;冷态双流体模型基本方程由守恒方程、相间耦合方程以及封闭方程构成,其中相间耦合方程用于表征气固相动量之间的耦合;为了探究不同停留时间下风粉混合器内气固两相的流场特征,采用非稳态数值计算方法,利用Fluent软件开展数值计算。基于两相流模型及Schilller-Naumann曵力系数模型研究了不同结构下风粉混合器内煤粉浓度分布随停留时间变化特征,采用德图testo425热敏风速仪测量了不同煤粉落料量下风粉混合器内负压变化规律。结果表明,竖直结构的风粉混合器内停留时间由0.25 s增至1 s时,混合器底部颗粒沉积的现象一直存在,即存在较长时间的颗粒流动死角区域;而对于倾斜结构的风粉混合器,当停留时间大于0.3 s,混合器内颗粒浓度基本降为0,较好避免了颗粒在混合器底部的沉积,该结构对于强化混合器内风粉混合及降低供料波动具有重要意义。不同落料量下的现场工程试验结果表明,高落料量下竖直结构的风粉混合器内平均负压偏小,几乎接近正压,且存在间断正压喷粉的现象,故该风粉混合器在高落料量下负压不足,易造成供料波动较大;高落料量下倾斜风粉混合器负压平均值仍大于-1 000 Pa,且无喷粉现象。相比于竖直结构,倾斜风粉混合器具有稳定且较宽的负压变化范围,能较好地克服供料波动大的现象。     

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.     

再分布板对环隙气升式反应器内多相流动的影响

为了考察环流反应器放大过程中再分布板对其内部多相流动的影响,采用欧拉双流体模刑模拟了再分布板小同高度的布置对环流反应器内气含率,循环液速,固体颗粒分布等参数的影响,并与部分冷模实验结果进行了比较,两者结果一致结果表明,再分布板高度的增加会使气升反应}州为气含率旱现先增后减的趋势,并导致导流管内的固含率上升。此外,小同高度的再分布板对环流反器内整体气含率及循环液速的影响小大结合CFD模拟和实验结果,优化了环流反应器内再分布板的设计,从而为实现强化环隙气升式环流反应器内多相流动、传递、反应等过程提供了一定的指导意义     

气固流化床反应器内多相流CFD的研究进展

流化床反应器因其优良的性能而广泛应用于化工、石油、冶金、农业和环保等诸多领域。传统的过程研究与设计方法需要耗费大量的人力和物力,且产业化周期较长。多相流CFD方法很好地解决了这些问题。随着数值计算方法和计算机软硬件技术的不断发展,多相流CFD方法必将会有更广阔的前景。