两相均流板对弯管中气固两相运动分布特征的影响

针对燃煤电厂烟气污染物脱除设备入口弯管内气固两相分布不均的问题提出一种新型两相均流板,采用CFD数值模拟首先对比分析了安装两相均流板与常规导流装置的均流效果,之后详细研究了新型两相均流板对弯管水平出口管道中气流速度、颗粒质量分布规律的影响以及板型及板间夹角对两相均流板均流效果的影响,并结合Design-Expert响应面法获得两相均流板的最优结构,将最优结构应用于工业性实验中,最后将计算结果与工业性实验数据进行了比较。结果表明:弯管内安装两相均流板较安装导流板/三角翼挡板气固两相均流效果更优,既可以使气固两相均匀分布又可以有效降低系统的压阻;随板间夹角的增大,管内的气流速度分布以及颗粒的质量浓度分布呈阶段性变化,而管内的压降则随板间夹角增大而增大;最佳两相均流板结构为夹角为75.49°的直板型两相均流板。模拟与实验结果吻合较好,利用提出的数值模拟方法可以详细真实地模拟计算大型及具有复杂内部结构的除尘器入口弯管中气固两相流动。     

一个气固两相流动阻力的新模型

为了解决现有经验气固阻力模型的普适性问题,合理描述颗粒团聚现象对气固阻力的严重影响,从理论分析入手,将传统的CFD方法与系统能量分析方法相结合,建立了计及颗粒团聚效应的气固阻力分析模型.与现有模型相比,新模型不仅合理地描述了气固两相相互作用的物理过程,而且避免了以往采用经验系数所导致的误差和局限性.经循环流化床数值模拟的检验证明,新模型的计算结果与实验数据吻合,从而在稠密气固两相流动的数值模拟中具有相当的优越性.     

两相均流板对弯管中气固两相运动分布特征的影响

针对燃煤电厂烟气污染物脱除设备入口弯管内气固两相分布不均的问题提出一种新型两相均流板,采用CFD数值模拟首先对比分析了安装两相均流板与常规导流装置的均流效果,之后详细研究了新型两相均流板对弯管水平出口管道中气流速度、颗粒质量分布规律的影响以及板型及板间夹角对两相均流板均流效果的影响,并结合Design-Expert响应面法获得两相均流板的最优结构,将最优结构应用于工业性实验中,最后将计算结果与工业性实验数据进行了比较。结果表明:弯管内安装两相均流板较安装导流板/三角翼挡板气固两相均流效果更优,既可以使气固两相均匀分布又可以有效降低系统的压阻;随板间夹角的增大,管内的气流速度分布以及颗粒的质量浓度分布呈阶段性变化,而管内的压降则随板间夹角增大而增大;最佳两相均流板结构为夹角为75.49°的直板型两相均流板。模拟与实验结果吻合较好,利用提出的数值模拟方法可以详细真实地模拟计算大型及具有复杂内部结构的除尘器入口弯管中气固两相流动。     

分解炉内气固两相流动特性的数值模拟

采用Eulerian—Eulerian气固两相双流体模型、大涡模拟方法模拟气相湍流流动、颗粒动力学理论模拟颗粒相流动,数值模拟分解炉内气固两相流体的动力特性。用小波分析方法研究分解炉内气固两相湍流特性。在分解炉中心区域形成高浓度-高速度的上升颗粒流、在壁面区域形成高浓度、低速度的下降颗粒流,构成颗粒的内循环流动。     

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.     

循环流化床脱硫器气固两相流动的数值模拟

以双流体模型为基础,结合颗粒动力学理论,对下部装有文丘里气体分布器的新型循环流化床脱硫反应器内气固两相流动特性进行了数值模拟.为全面描述气固两相的相互作用以及固相的出现对气相湍流作用的影响,模型中引入了物理意义上更加合理的源项公式,并与实验值进行了比较,模拟计算值与实验值吻合良好,验证了双流体模型方程的适用性.计算结果表明:由于文丘里管特殊结构的影响,流化床提升管内颗粒浓度分布非常不均匀,颗粒速度沿提升管高度发生强烈变化,流动非常复杂,研究结果为进一步优化循环流化床脱硫反应器入口结构打下了基础.     

不同入口结构下行床内气固流动及混合行为的CFD-DEM模拟

采用计算流体力学和离散单元模型（CFD-DEM）耦合一种简单的气固催化反应模型对具有不同入口结构的二维下行床内的气粒流动和混合行为进行全床数值模拟。模拟得到了不同入口结构下行床内的多尺度气固运动状态、全床的固含、速度及反应生成物浓度分布,以及气体和颗粒在下行床内的停留时间分布,发现入口结构对反应器内的流动、混合和气固接触效率起着关键性的作用,入口气体和颗粒的不均匀分布将导致下行床内气体停留时间的宽分布以及气固接触效果的恶劣。     

旋风分离器内气固两相流动特性的模拟研究

通过数值模拟对旋风分离器内的气固两相流动进行研究。采用RSM湍流模型和DPM两相流模型分析旋风分离器内的气固两相流动特性。旋风分离器内的气流切向速度呈中心准强制涡、外侧准自由涡的双涡分布,分界面大约在0.8倍排气管半径处;气流轴向速度呈中心上行、外侧下行的双行流分布,分界面即零速包络面大约与排气管直径一致;小粒径颗粒的运动具有随机性,粒径大于7μm的颗粒可以完全被捕集分离;流动的非轴对称特性和顶灰环对气固分离不利,应给予重视。     

鼓泡床取热器流动特性的数值模拟

应用计算颗粒流体力学(CPFD)方法,采用点源注射的进气方式对气固鼓泡流化床取热器内流动特性进行数值模拟。考察不同气速下床层膨胀高度、轴径向时均固含率分布、颗粒轴向速度分布及床层颗粒内循环流率的分布。模拟结果与实验数据吻合较好,表明该模型可以用于描述鼓泡流化床取热器内气固两相的流动规律。     

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.     

G-LISR不同气相入口流速对流场特性的影响

为了提高气液撞击流反应器(G-LISR)的混合性能,找到合适气相入口速度的操作参数,采用ANSYS Workbench中的Geometry模块,基于欧拉·拉格朗日法建立G-LISR气液两相流动数学模型。在加速管对置距离为400mm,液相入口速度为5m/s,三种不同的气相入口速度(10,15,20m/s)条件下,用数值模拟软件Fluent分析模拟出了不同气相入口流速下反应器内流场的分布特征。模拟结果表明:随着气相入口初始流速的增大,反应器内湍流强度有所增加,在压力波动最为剧烈的撞击面中心点处,压力急剧增大。增大气相初始流速,将降低反应器中的液滴的浓度分布,减少了液相在反应器中的停留时间。从能量损耗和气液两相在反应器中的混合效果来看,气相初始流速不宜过大,10m/s为较佳。     

SCX超细分级机进料管内气固两相流数值模拟

以两相流理论为基础,对SCX超细分级机进料管改进后内部的气固两相流动特性进行了数值模拟。分析了气相压力、速度、湍动能和固相颗粒浓度的分布情况,得到了进料管内气固两相的分布规律。结果表明,加入导流片之后,进料管内气相压力、速度、湍动能径向梯度减小,偏流现象减弱;导流片阻碍了固相颗粒的横向运动,改变了颗粒的运动轨迹,使得颗粒浓度分布更加均匀,为后续的分级提供了良好的基础。     

加压条件下气固喷射器输送特性的三维数值模拟

利用Lagrangian和Eulerian法相结合的三维数值模拟技术,对影响收缩型气固喷射器的输送特性的关键因素进行数值模拟研究,数值模型中考虑了气固两相的相互耦合作用.模拟研究结果表明,气固喷射器内的固体颗粒轴向平均速度随收缩段的收缩角减小而增大,当收缩角小于一定值后,收缩角对喷射器内的固体颗粒速度以及气固两相流的混合的影响甚微.此外,收缩段的收缩角和驱动气体入口风速对收缩型气固喷射器内的静压分布也均有一定的影响.     

不同充气条件下密相输运床返料系统气固流动数值模拟

采用计算颗粒流体力学对密相输运床返料系统内的气固流动行为进行了数值模拟,分析了曳力模型和颗粒最大堆积浓度等参数对模拟结果的影响,确定了合适的模型参数。通过对比3组工况的模拟结果,获得了与实验结果基本一致的立管压力分布和固体循环流率随充气条件的变化规律,并分析了立管内压力梯度分布、气体流动方向、颗粒浓度分布等。结果表明立管充气口处压力梯度绝对值为局部最大值;当立管充气口气量为零时,会使充气口上方一段距离的压力梯度绝对值较小;充气量增大到一定值时会在充气口附近形成明显的气泡。当缺少立管高位充气时,会导致立管下部区域形成大的压力梯度,增加颗粒下落阻力。充气松动颗粒的作用仅对充气口附近区域有一定影响,更大的作用是在立管内形成均匀的压力梯度分布,使立管内气固流动状态保持上下一致。在制定充气方案时,应根据固体循环流率确定立管压降,补充合适气体量以维持气体下行速度均衡,使得各段的平均压力梯度相同。     

Electrohydrodynamic Flow and Particle Transport Mechanism in Electrostatic Precipitators with Cavity Walls

The electrohydrodynamic (EHD) flow induced by the corona wind was observed in a model electrostatic precipitator (ESP) of the simple geometry composed of the plates with a cavity. And the influence of the EHD flow and the turbulence condition of inlet cross-flow on the particle behavior inside the ESP and its collection efficiency were elucidated through experimental and numerical analysis. The profiles of streamwise gas velocities and turbulence intensities were measured in the ESP with a laser Doppler anemometer.A laser beam sheet visualized particle trajectories. Collection efficiencies were measured with a particle counter. In addition, numerical computations were performed to compare with the experimental results. The numerical results showed good agreement with the experimental data. As the corona voltage increased, the gas velocities of the core flow and the circulating flow inside the cavity increased due to the corona wind and the turbulence intensity increased near the cavity region. As the corona voltage increased for the low bulk gas velocity, corona wind prevented the particle transport into the cavity. And the particle transport into the cavity by turbulent dispersion was observed as the bulk gas velocity increased. When the flow with high turbulence intensity entered the ESP, the turbulent dispersion enhanced the transport of particles into the cavity; hence, the collection efficiency was higher compared with the case of the relatively lower inlet turbulence intensity below a critical corona voltage. However, the collection efficiency was slightly lower for the high inlet turbulence than for the low inlet turbulence above the critical corona voltage due to the turbulent diffusion of particles toward the centerline downstream from the corona wire.     

基于动态双重网格下喷动床滞止区流动特性CFD-DEM数值模拟

基于Fortran语言自行开发了基于动态双重网格方法下的喷动床内气固两相流动的CFD-DEM方法,同时开展了喷动床内径向混合实验与模拟研究,又结合单网格方法对喷动床内0~2.0 s内的滞止区特性进行对比分析,验证了动态双网格方法计算结果的准确性。然后利用动态双网格方法对不同进口气速下和不同初始堆积高度下的喷动床进行数值模拟研究,对滞止区颗粒流动过程进行追踪,结果表明：径向混合实验结果与数值模拟结果有很好一致性;在喷动床内存在一定的滞止区,滞止区内的颗粒流动性较差;初始堆积高度不变,随着进口速度的增加,滞止区高度下降速率和向喷口延伸速度无明显变化;进口速度不变,随着初始堆积高度的增加,滞止区颗粒下降速度随之增加,但其向喷口延伸速度逐渐变慢。     

提升管内气固两相双组分颗粒流动的离散颗粒硬球模型的模拟

基于离散颗粒(DPM)硬球模型,数值模拟提升管内双组分颗粒气固两相湍流流动行为。应用Vreman的亚格子尺度（SGS）模型模拟气体湍流,建立考虑不同颗粒加速度效应的两颗粒碰撞最小时间计算模型。数值模拟预测了大颗粒和小颗粒的速度和浓度分布。研究结果表明小颗粒具有高的轴向速度和脉动速度,而大颗粒具有低的轴向速度和脉动速度。在床中心区域,小颗粒轴向速度分布出现3个峰值,对于大颗粒轴向速度仅出现两个峰值。在壁面区域大颗粒和小颗粒速度均出现两个峰值。沿床径向方向呈现床中心颗粒浓度低、壁面区域颗粒浓度高的环核流动结果。随着表观气速的增大,颗粒浓度沿径向和床高分布趋于均匀。在床中心区域模拟计算轴向颗粒速度、颗粒浓度和RMS速度与文献实验结果相吻合。在提升管内气体湍流对小颗粒流动具有一定的影响,颗粒间碰撞作用对颗粒相流动的影响大于气相湍流的影响。     

颗粒级配对分级机进料管流动特性影响的数值研究

为了分析颗粒级配对超细分级机进料管内流动特性的影响,利用计算流体力学(CFD)方法,对进料管内气固两相流动进行研究。在对计算模型进行验证的基础上,揭示了不同颗粒级配下进出口压差、颗粒浓度分布及颗粒分散等特性。研究表明:进料管进出口压差随着级配中大粒径颗粒含量的增加而增加。当级配中小粒径含量较大时,颗粒浓度分布均匀,颗粒分散性较好,入口风速、喂料浓度、颗粒密度的改变对颗粒量纲1浓度分布及分散性影响较小。对于大粒径含量较大的级配,随着入口风速的增加,量纲1浓度减小,浓度分布不均匀度减小,分散性提高;随着喂料浓度的增加,量纲1浓度分布变化较小,但浓度分布不均匀度增大,颗粒分散性下降;随着物料密度的增加,浓度分布不均匀度减小,颗粒分散性提高。竖直段轴向截面上颗粒量纲1平均浓度的高低分界线为一定值(Z=0.5 m),且与颗粒级配及操作参数的变化无关。     

颗粒负荷对小型旋风器性能影响的模拟分析

为探究颗粒负荷对小型旋风器内气固两相流动的影响,基于雷诺应力模型（RSM）和欧拉-欧拉方法的混合流模型（Mixture）进行气体-颗粒、颗粒-颗粒的相间耦合计算。采用粒径为0.5～5μm的颗粒组在40L/min、60L/min和80L/min的入口流量下模拟0~3kg/m³的5种不同颗粒浓度工况,通过对比旋风器内纯气相流场和颗粒负荷流场的不同,研究了颗粒的存在对流场的影响;探究了入口流量和浓度变化对旋风器内分离效率和压降特性的影响。基于模型有效性验证的数值模拟结果表明：较高颗粒浓度负荷使旋风器内的气相流场发生显著变化。随着入口流量的增大,旋风器的分离效率先增大后减小,压降呈非线性增大。随着颗粒浓度的增大,旋风器的分离效率逐渐增大,压降先减小后增大。