基于Fluent软件的流化床的气固两相流模型研究
重庆大学
硕士学位论文
基于Fluent软件的流化床的气固两相流模型研究
姓名：李东耀
申请学位级别：硕士
专业：动力工程及工程热物理
指导教师：郑忠
20090601
气固两相流论文气固两相流流动参数检测方法研究
气固两相流论文：气固两相流流动参数检测方法研究 【中文摘要】随着科学技术的发展,气固两相流体系越来越广泛的存在于现代工农业生产中,如电厂发电、钢铁冶金、流化床反应装置中的气/固两相流以及粮食的气力输送等,它们都涉及到气固两相 流体系。气固两相流各种流动参数的精确测量与实时监测都关系到生产过程的稳定运行以及产品质量的高低。由于气固两相流属于复杂流动体系,其流动参数的检测方法一直以来都是一项亟待解决的技术难题。电容层析成像技术以其非接触及可视化等优点成为目前两相流参数检测方法的研究热点。本文选择电容层析成像技术作为切入点进行了以下研究:首先,文章对电容层析成像技术进行了系统的分析与研究,并且利用大型有限元分析软件ANSYS建立了二维、三维立体模型,方便快捷的得出了仿真电容值,相比较于利用MATLAB或者VC编程的方法获得电容值缩短了开发时间并降低了开发成本。其次,通过对应用于电容层析成像技术中的典型的八电极结构传感器进行深入的分 析与实验仿真,文章给出了此结构传感器的灵敏度分布,并且利用神 经网络对实验管道内部的物像分布进行了图像重建。结果表明,八电极电容传感器没有均匀的灵敏场分布以及较高的灵敏度,这给图像重建的精确度造成了一定的影响。最后,为了... 【英文摘要】With the development of science and technology, gas-solid two-phase flow systems are more and more widely applied in modern industrial and agricultural production. For
大颗粒气固流化床内两相流动的CFD模拟
上海理工大学学报 第32卷 第4期J.University of Shanghai for Science and Technology Vol.32 No.4 2010 文章编号:1007-6735(2010)04-0333-07 收稿日期:2009-11-02 基金项目:上海市浦江人才计划资助项目(07pj14072);上海市重点学科建设资助项目(J50501) 作者简介:晁东海(1985-),男,硕士研究生. E ma il:x yguo@https://www.360docs.net/doc/2516730071.html, 大颗粒气固流化床内两相流动的CFD 模拟 晁东海, 郭雪岩 (上海理工大学能源与动力工程学院,上海 200093) 摘要:采用欧拉双流体模型和颗粒动力学方法,数值模拟了大颗粒流化床在不同密度、布风装置及曳力模型情况下的气固两相流动,考察了大颗粒流化床流化和流动特点,颗粒体积分率分布,床层压力瞬时变化,床层碰撞比,以及颗粒速度径向和空隙率轴向分布规律.研究结果表明,与直型布风板流化床比较,凹型布风板流化床内的气泡产生快,颗粒横向运动能力强;随着颗粒密度的增大,其在凹型布风板流化床边壁处的速度比中心位置处减小的快;比较3种曳力模型,发现其模拟的轴向空隙率分布和床层压力存在较大差异,且与床层膨胀比实验关联式相比,3种模型预测的值比实验关联式要大一些.通过研究,3个曳力模型中Gidaspow 模型相对适用于大颗粒气固流化床的数值模拟.关键词:流化床;欧拉双流体模型;并行计算;大颗粒中图分类号:TQ 051.13 文献标志码:A CFD simulation on two phase flow in gas solid fluidized beds with coarse granules CH AO Dong hai, GUO Xue yan (School of En er gy an d Pow er En gin eering ,Un iversit y of S han ghai for S cience and Technology ,Shanghai 200093,Chin a ) Abstract:Eulerian pseudo fluid model combined with the granule kinetics model,by integrating them in a CFD code(Fluent 6.3)was used to numerically simulate the gas solid flow patterns in fluidized beds of coarse granules.Different conditions including particle density,distributor types and drag models were taken into account for paramter study.The dependance of characteristics of fluidization and flow patterns,as well as the influences of phase fraction distribution,instantaneous pressure,radial particle velocity,expansion ratio and axial voidage distribution,on the parameters were thoroughly investigated.Simulation results show that two phase flow characteristics in the bed with a concave distributor is rather different from that in the bed with a flat distributor.For ex ample,bubbles will occur so oner and more particles move laterally in the concave distributor bed.It is also found that for larger solid gas density ratio,particle velocity profile near the wall becomes much flatter in the concave distributor bed.A comparison among the Syamlal O Brien,Gidaspow and Arastoopour models illustrates that the predicted axial voidage distributions and pressure drops by the three models are very different.Numerical prediction based on all the three drag models un derestimates the bed expansion ratio,comparing with the published experimental correlation.It can be concluded that numerical results based on Gidaspow drag model are of the least deviation in the
实验气固流化床反应器流化特性测定
实验四 气固流化床反应器的流化特性测定 一、 实验目的 1. 观察了解气固流化床反应器中不同气速下固体粒子的流化状况，建立起对流态化过 程的感性认识。 2. 了解和掌握临界流化速度U mf 和起始鼓泡速度U mb 的测量原理、方法和步骤，明确 细粒子流化床的基本特性。 3. 通过对U mf 和U mb 的测定，进一步理解两相理论以及临界流化速度与起始鼓泡速度 的区别。 二、实验原理 1．在气固流化床反应器中，气体通过床层的压力降△P 与空床速度U 0之间的关系能够很好地描述床层的流化过程。 如图1所示：气体自下向上流过床层。当气速很小时，气体通过床层的压力降△P 与空床速度U 0在对数坐标图上呈直线关系（图1中的AB 段）；当气速逐渐增大到△P 大致等于单位面积的重量时，△P 达到一极值（图1中P 点）；流速继续增大时，△P 略有降低；此后床层压力降△P 基本不随流速而变。此时将流速慢慢降低，开始时与前一样△P 基本不变，直到D 点以后，△P 则随流速的降低而降低，不再出现△P 的极大值，最后，固体粒子又互相接触，而成静止的固定床。 2．在一正常速度下，处于正常流化的流化床，如果突然关闭气源，则由于床层中有气泡存在，以气泡形式存在的气体首先迅速逸出床层，床层高度迅速下降；而后是浓相中的气体逸出，床层等速下降；最后是粒子的重量将粒子间的部分气体挤出，床层高度变化很小。由此可得其床层高度随时间变化的崩溃曲线（如图2所示）。因此，可以设想，如果床层中 图1 △P ～ U 关系 log U l o g △P
1 2 3 4 6 5 t (sec) 260 270 280 290 300 H T H D H D 图2 H T ～ t 关系 没有气泡，则床层一开始就随时间等速下降，所以，将上述崩溃曲线中的等速部分外推到t=0处时的床层高度，即为浓相床层的高度H D 。这样，只要重复上述过程，多做几条崩溃曲线，总可以找到一条曲线，这条曲线正好无气泡逸出段，开始就是等速下降的起点。与此相应的气速即为起始鼓泡速度U mb 。 根据△P 的情况，还可以了解床内的动态，如沟流和节涌等等。 三、实验装置与流程 如图3所示：本实验所用的流化床为 100×4mm 的有机玻璃制成的。床体上装有扩大管和过滤装置，以回收稀相段的微细粒子。气体分布板为多孔筛板，开孔率为1%。 图3 实验装置
大颗粒气固流化床内两相流动的CFD模拟
大颗粒气固流化床内两相流动的CFD模拟 摘要：采用欧拉双流体模型和颗粒动力学方法，数值模拟了大颗粒流化床在不同密度、布风装置及曳力模型情况下的气固两相流动，考察了大颗粒流化床流化和流动特点，颗粒体积分率分布，床层压力瞬时变化，床层碰撞比，以及颗粒速度径向和空隙率轴向分布规律．研究结果表明，与直型布风板流化床比较，凹型布风板流化床内的气泡产生快，颗粒横向运动能力强；随着颗粒密度的增大，其在凹型布风板流化床边壁处的速度比中心位置处减小的快；比较3种曳力模型，发现其模拟的轴向空隙率分布和床层压力存在较大差异，且与床层膨胀比实验关联式相比，3种模型预测的值比实验关联式要大一些．通过研究，3个曳力模型中Gidaspow模型相对适用于大颗粒气固流化床的数值模拟． 关键词：流化床；欧拉双流体模型；并行计算；大颗粒 近年来，随着流态化技术的发展，大颗粒流化床在煤粉流态化燃烧和水泥熟料流态化煅烧等领域的应用也越来越广泛．由于流化床内两相流动情况复杂，使得人们对气固两相间的作用、固相应力本构方程的建立、两相湍流的认识以及多种因素的相对控制和协调的理解等变得很困难[】]．实际上大多数流化床反应器都是根据经验设计的，大颗粒流化床的设计更是如此．文献[2]在研究颗粒的粒度及颗粒的表观密度等对流化特性影响后，将颗粒分成了A(30～100 tma)、B(100～600 tLm)、C(一般情况下粒度小于20 tLm)、D(600 Fm以上)4类_3]．依据此分类，粒度在600肿以上的颗粒称为过粗颗粒．然而由于颗粒的
表观密度与气体密度之差不同，本文所用颗粒直径为855 可能为B类(鼓泡颗粒)，也有可能为D类(喷动用颗粒)．其中，D类颗粒流化时极易产生大气泡或节涌，使实验难以操作，然而数值模拟可以克服这一困难，而且D类颗粒粒度在1．5 rain以下时，是完全 可以流化的[3]．文献[4]用粒径为3 mm的颗粒进行了模拟与实验，研究了气体进口速度和温度对床内含湿量、颗粒温度等的影响，得出模拟与实验的结果大体是一致的．文献[5]研究了表观气速、床内有无管道及布风方式对大颗粒流动的影响．模拟和试验的结果都表明，布风方式对颗粒体积分率及速度径向分布有着很大的影响，而且不论有无管道，某些布风方式都有助于气固形成环核流动结构．文献[6]通过改变颗粒粒径(从o．25 mm到1 mm)、密度、进口气速等参数后进行了模拟，结果表明：颗粒的粒径和进口气速对颗粒滑移速度的影响较大；合适的进口气速对减少能 耗起着很重要的作用．本文借助CFD软件FLUENT对大颗粒气固流化床进行了模拟计算．对比并分析了不同密度颗粒、曳力模型及布风装置对流化床流动特性的影响．有些曳力模型采用皿F(用户自定义函数)实现．通过这些研究，从数值计算的角度揭示出了一些大颗粒的流化及流动特性． 1 控制方程及曳力系数模型 1．1 流体控制方程 由于气固间没有质量交换，且升力、附加质量力等对流化床的影响很小，故气固两相流动所遵循的连续方程和动量方程可以简化成如下形
气固流化床固体浓度分布的冷模研究.
第２３卷第ｌ期 ２００９年２月高校化学工程学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｏｆＣｈｉｎｅｓｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｉｅｓＮｏ．１、，ｂＩ．２３Ｆｅｂ．２００９ 文章编号：１００３－９０１５（２００９）０１－００４５－０６ 基于枝条形分布器的气固流化床固体浓度分布的冷模研究 蔡进１，李涛１，孙启文２，应卫勇１，房鼎业１ （１．华东理工大学化学工程联合国家重点实验室大型工业反应器工程教育部工程中心，上海２００２３７； ２．上海兖矿能源科技研发有限公司，上海２０１２０３） 摘要：实验在内径Ｏ．２８４ｍ、高度６．０００ｈｉｍ的气固流化床冷模装置中进行，采用ＰＣ６Ｄ型光纤粉体浓度测试仪来检 测固体浓度。实验系统由有机玻璃简体、气体分布器、气体缓冲罐、冷冻干燥机、流量计、光纤测试仪和旋风分离器 组成。使用开孔率均为０．５＇／０的枝条形气体分布器，以直径为１５４ｘ１０“一１８０×１０“ｍ、密度为２５５０ｋｇ?ｍ。的砂子为固体 颗粒，压缩空气为流化气体，在静床高为０．“１．５ｍ，表观气速为Ｏ．３～０．６ｍ?ｓ。的情况下，考察了时均固体浓度在空间 的分布。实验结果表明，表观气速的增加会使密相区的固体浓度减小。静床高较小（Ｏ．６ｍ和０．９ｍ）时，床层密相区的 固体浓度的分布比较简单，随着径向位置的增加而增加，随着轴向位置的增加而减少。静床高较大（１．２ｍ和１．５ｍ）时， 床层密相区的固体浓度的分布比较复杂：径向仍然呈现中心稀边擘浓的规律；从轴向来看，整体上满足下浓上稀的分 布，但是中问存在波动，床层高度Ｈ＝Ｏ．４＾Ｄ．８ｍ区域固含率的等值线近似为椭圆。实验结果能够为工业流化床反应器 优化设计提供基础数据。 关键词：固体浓度；气固流化床；分布器；静床高 中国分类号：ＴＱ０５１．１３文献标识码：Ａ ＳｏｌｉｄＣｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎａＧａｓ－ｓｏｌｉｄＦｌｕｉｄｉｚｅｄＢｅｄＢａｓｅｄｏｎａＢｒａｎｃｈｅｄＰｉｐｅＤｉｓｔｒｉｂｕｔｏｒ ＣＡＩＪｉｎｌ，ＬＩＴａ０１，ＳＵＮＱｉ－ｗｅｎ２，ＹＩＮＧＷｅｉ．Ｙｏｎ９１，ＦＡＮＧＤｉｎｇ．Ｙｅｌ
实验气固流化床反应器流化特性测定
B o l 实验四 气固流化床反应器的流化特性测定 一、实验目的 1. 观察了解气固流化床反应器中不同气速下固体粒子的流化状况，建立起对流态化过 程的感性认识。 2. 了解和掌握临界流化速度 U mf 和起始鼓泡速度 U mb 的测量原理、方法和步骤，明确 细粒子流化床的基本特性。 3. 通过对 U mf 和 U mb 的测定，进一步理解两相理论以及临界流化速度与起始鼓泡速度 的区别。 二、实验原理 △ 1．在气固流化床反应器中，气体通过床层的压力降 P 与空床速度 U 0 之间的关系能够 很好地描述床层的流化过程。 如图 1 所示：气体自下向上流过床层。当气速很小时，气体通过床层的压力降 △P 与空 床速度 U 0 在对数坐标图上呈直线关系（图 1 中的 AB 段）；当气速逐渐增大到 △P 大致等于 单位面积的重量时， △P 达到一极值（图 1 中 P 点）；流速继续增大时， △ P 略有降低；此 后床层压力降 △P 基本不随流速而变。此时将流速慢慢降低，开始时与前一样 △ P 基本不变， 直到 D 点以后， △P 则随流速的降低而降低，不再出现 △P 的极大值，最后，固体粒子又互 相接触，而成静止的固定床。 2．在一正常速度下，处于正常流化的流化床，如果突然关闭气源，则由于床层中有气 泡存在，以气泡形式存在的气体首先迅速逸出床层，床层高度迅速下降；而后是浓相中的气 体逸出，床层等速下降；最后是粒子的重量将粒子间的部分气体挤出，床层高度变化很小。 由此可得其床层高度随时间变化的崩溃曲线（如图 2 所示）。因此，可以设想，如果床层中 △P g A P log U 图 1 △P ～ U 关系 1 / 4 D
气固流化床的流型识别
气固流化床的流型识别 黄 颖* 叶京生 和进娜 (天津科技大学机械工程学院) 摘 要 叙述了采用现代非线性信息处理技术来进行流型识别的方法,包括伪M ar-genau-H ill时频分布图谱、信息传输矩阵、模糊信息融合理论、瞬时压降法,以期能从多个角度更深入地认识流态化规律,以利于工业流化床的设计和优化操作。 关键词 流化床 流化状态 流型识别 优化设计 流化床在干燥领域以及在反应器中的应用已十分广泛,流化床的主导作用是使气体与固体颗粒在床内达到良好的接触,以达到干燥与反应的目的。在单相流中把流型分为层流和湍流就已足够了,而在气固两相流中由于涉及到的流体颗粒体系的运动过程十分复杂,而且这些反应装置的操作区间和颗粒物性范围也在不断扩展,使得这类反应器中的两相流动状态存在着很大的差异,这对反应装置的气固接触、传热、传质都有重要影响,并直接关系着反应器的生产能力、收率和选择性。因此研究气固两相流的流型及其相互转变的条件,对工业流化床的设计和优化操作是极其必要的,一直是流化床反应器基础研究的重要课题。 1 流化床的流型 对于各种操作条件下床层流化状态的描述,正在不断地改进和完善。由于气固流化床内气固运动的复杂性以及气固性能的多样性,目前还没有一个公认的流化状态图,现有的各种流化状态图只能各自从某一角度出发来反映流化床系统的流化特性。一般来说,对流化床中气固运动的型式大多是以气体操作速度为主线来进行分析的。当气速由低变高时, 可依次 图1 气固流化中各种流体力学流型的特征 划分为固定床、散式床、鼓泡床、节涌床、湍动床、快速流化床和气力输送等几种流型[1],相应的状态图见图1。 2 流型识别方法 2 1 时频分析法 在流化床的研究中,压力波动信号常被选为研究对象。由于流化床的压力波动信号具有非平稳特性,应用传统的基于傅里叶变换的信号处理方法(如统计分析、谱分析等)很难获得可靠的结论。小波分析在该领域的应用是一个很有意义的课题,陈永国[2]应用时频分析的方法得到压力波动信号的伪M argenau-H ill时频分布图谱P MH(Pseudo M argenau-H ill ti m e-frequency distribution),并基于各流型下不同 *黄 颖,女,1979年4月生,硕士研究生。天津市,300222。 12气固流化床的流型识别
气固两相湍流模型的分类
气固两相湍流模型的分类 对两相流的研究有两种不同的观点：一是把流体作为连续介质，在欧拉坐标系内加以描述，而把颗粒群作为离散体系，在拉氏坐标系内加以描述；而另一是除了把流体作为连续介质外，还把颗粒群当作拟连续介质或拟流体，两相在空间共存和互相渗透，两相都在欧拉坐标系内加以描述。不同观点描述两相流所得数学模型也不同，目前常用的模拟模型有：单流体模型（无滑移模型）、小滑移模型、双流体模型（多流体模型或滑移－扩散的多连续介质模型）、颗粒轨道模型。 单流体模型 把单相流体力学概念直接推广到两相流中，把含有颗粒群流体看成一个单一的流体，提出了一种模拟气粒两相流动简化模型，即单流体模型或无滑移模型。与单相流体流动方程相比，单流体模型仅增加了几个颗粒相连续方程（类似于气相组分扩散方程），并在气相方程中增加了颗粒源项，因此该模型相当简单。该模型的主要优点是处理方法简单，计算方便。其缺点是未考虑颗粒相及气相之间的阻力作用（即假设气体与颗粒之间无速度和温度滑移），以及认为颗粒扩散系数和气体扩散系数相等，与实际的气固两相流动情况差异很大，故目前应用的较少。 小滑移模型 小滑移模型则是在单流体模型的基础上发展的，在此模型中，或者颗粒相对流体流动的影响被认为是小扰动，或者该影响被完全忽略。模型中假设颗粒的运动单纯由流体流动引起，流体与颗粒的速度滑移相对于平均流动来说是小量，这一滑移是颗粒扩散的结果。它考虑了颗粒的滑移并涉及了颗粒和气相间因滑移而引起的阻力，从而增加了颗粒群的动量方程，但求解典型程序仍与无滑移模型相同。其优点是考虑了颗粒的湍流扩散、湍流粘性以及滑移引起的阻力，相对接近于实际情况。 双流体模型 该模型的出发点是把颗粒群和气体都作为连续介质，两者相互渗透组成双流体或多流体系统，在欧拉坐标系下考察气粒两相流动，即欧拉—欧拉模拟湍流两相流动。近年来双流体模型已用于模拟一维非定常水汽两相流、炮膛内非定常二维湍流气粒两相流、气粒两相射流、有蒸发的液雾气体射流、闭式同轴射流中气体液雾流动与燃烧、带有或不带高速射流的突扩燃烧室中二维及三维湍流回流气粒两相流动和燃烧、四角喷燃炉中三维湍流旋流回流气粒两相流动和流化床中二维气化过程等。 颗粒轨道模型 颗粒轨道模型可分为：颗粒群轨道模型和随机轨道模型。前者假设不存在颗粒扩散，而后者利用Monte-Carlo法计算，考虑了颗粒扩散。 颗粒轨道模型的主要优点是计算工作量小，对有蒸发、挥发和异相反应的颗粒相复杂经历时，能较好的追踪颗粒的运动，颗粒相用拉格朗日处理数值计算也不会产生伪扩散。其缺点是对颗粒湍流扩散缺乏较好的处理方法，不能全面模拟颗粒的紊流扩散过程，而且计算所得到的拉氏
实验-4气固流化床反应器的流化特性测定
实验四气固流化床反应器的流化特性测定 实验目的 1.观察了解气固流化床反应器中不同气速下固体粒子的流化状况，建立起对流态化过 程的感性认识。 2.了解和掌握临界流化速度U mf和起始鼓泡速度U mb的测量原理、方法和步骤，明确细粒子 流化床的基本特性。 3.通过对U mf和U mb的测定，进一步理解两相理论以及临界流化速度与起始鼓泡速度的区别。 二、实验原理 1 ?在气固流化床反应器中，气体通过床层的压力降△P与空床速度U0之间的关系能够 很好地描述床层的流化过程。 如图1所示：气体自下向上流过床层。当气速很小时，气体通过床层的压力降△P与空床速度U o在对数坐标图上呈直线关系（图1中的AB段）;当气速逐渐增大到△ P大致等于 单位面积的重量时，△ P达到一极值（图1中P点）；流速继续增大时，△ P略有降低；此后床层压力降△ P基本不随流速而变。此时将流速慢慢降低，开始时与前一样厶P基本不变，直到D点以后，△ P则随流速的降低而降低，不再出现△P的极大值，最后，固体粒子又互 相接触，而成静止的固定床。 2?在一正常速度下，处于正常流化的流化床，如果突然关闭气源，则由于床层中有气泡存在，以气泡形式存在的气体首先迅速逸出床层，床层高度迅速下降；而后是浓相中的气 体逸出，床层等速下降；最后是粒子的重量将粒子间的部分气体挤出，床层高度变化很小。 由此可得其床层高度随时间变化的崩溃曲线（如图2所示）。因此，可以设想，如果床层中 log U 图1 △P?U关系
图2 H T ?t 关系 没有气泡，则床层一开始就随时间等速下降， 所以，将上述崩溃曲线中的等速部分外推到 t=0 处时的床层高度，即为浓相床层的高度 H D 。这样，只要重复上述过程，多做几条崩溃曲线， 总可以找到一条曲线，这条曲线正好无气泡逸出段，开始就是等速下降的起点。与此相应的 气速即为起始鼓泡速度 U mb 。 根据△ P 的情况，还可以了解床内的动态，如沟流和节涌等等。 三、实验装置与流程 如图3所示：本实验所用的流化床为 M00X 4mm 的有机玻璃制成的。床体上装有扩大 管和过滤装置，以回收稀相段的微细粒子。气体分布板为多孔筛板，开孔率为 1%。 图3 实验装置 真 热 空 — ------------------- , 导 泵 ■ 池 数字积分器 缓冲器 空气 1 2 3 4 5 6 t (sec) H T H D H D 300 290 280 270 260
气固两相流
计算流体课程大作业 目录 一、题目 (3) 二、物理现象分析和数学模型 (4) 三、GAMBIT操作过程 (5) 四、Fluent计算过程 (9) 五、计算结果的处理 (16) 六、网格独立性检验 (19)
一、题目 8、气固两相流（4） 1）题目说明 图中未标注单位mm 。 喷嘴长度100mm ，喷嘴直径50mm ， 空气：进口流速分别为10m/s 和50m/s ，物性取默认值 水滴：进口颗粒速度5m/s ，颗粒粒径为60μm ，颗粒浓度0.2。 温度20°C ，不考虑换热 2）具体计算要求（前面列出的要求，这里不在列举）： 网格取为四面体网格 网格独立性检验 使用Euler 模型（Mixture 模型或Euler 模型任选其一）计算，系统内气固两相流。要求展示流场（云图和矢量图）、颗粒浓度分布 500 1000 200 500 300
二、物理现象分析和数学模型 1、对实际问题作必要的简化，建立起相应的物理模型 本题为三维管内气固两相流，欲用数值方法得出其中的流动情况时，可作以下简化处理： （1）气体物性为常数；水滴：颗粒粒径为60μm ，颗粒浓度0.2。 （2）υ vl R g = ，m l 1.0= ， 5 105.1-*=υ ,已知空气v=1 水滴v=5m/s 时 ，2000>>g R 所以流动为湍流； （3）不考虑换热； （4）不考虑重力； （5）气体流速不高，压强不变，所以视空气为不可压缩流体。 通过这些假设，就把这一问题简化成为一个三维，稳态，常物性，无内热源的湍流流动问题，这就是所研究问题的物理模型。 2、对所研究的物理模型建立起相应的数学描述。 连续性方程: 0=??+??+??z w y v x u 动量方程： ()()()x f z u y u x u v x p z uw y uv x uu t u +???? ????+??+??+??-=??+??+??+??2222221ρ ()()()y f z v y v x v v x p z vw y vv x vu t v +???? ????+??+??+??-=??+??+??+??2222221ρ ()()()z f z w y w x w v x p z ww y wv x wu t w +??? ? ????+??+??+??-=??+??+??+??2222221ρ 初始条件：空气：进口流速分别为10m/s 和50m/s 水滴：进口颗粒速度5m/s
实验2__气固流化床反应器的流化特性测定
实验二气固流化床反应器的流化特性测定 68化工0904刘锦璐 实验目的 1. 观察了解气固流化床反应器中不同气速下固体粒子的流化状况，建立起对流态化过 程的感性认识。 2. 了解和掌握临界流化速度U mf的测量原理、方法和步骤，明确细粒子流化床的基本特性。 3. 进一步理解两相理论以及临界流化速度与起始鼓泡速度的区别。 二、实验原理 1 ?在气固流化床反应器中，气体通过床层的压力降△P与空床速度U o之间的关系能够 很好地描述床层的流化过程。 如图1所示：气体自下向上流过床层。当气速很小时，气体通过床层的压力降△P与空床速度U o在对数坐标图上呈直线关系（图1中的AB段）;当气速逐渐增大到△ P大致等于 单位面积的重量时，△ P达到一极值（图1中P点）；流速继续增大时，△ P略有降低；此后床层压力降△ P基本不随流速而变。此时将流速慢慢降低，开始时与前一样厶P基本不变，直到D点以后，△ P则随流速的降低而降低，不再出现△P的极大值，最后，固体粒子又互 相接触，而成静止的固定床。 2?在一正常速度下，处于正常流化的流化床，如果突然关闭气源，则由于床层中有气泡存在，以气泡形式存在的气体首先迅速逸出床层，床层高度迅速下降；而后是浓相中的气 体逸出，床层等速下降；最后是粒子的重量将粒子间的部分气体挤出，床层高度变化很小。 由此可得其床层高度随时间变化的崩溃曲线（如图2所示）。因此，可以设想，如果床层中 图1 △P?U关系
没有气泡，则床层一开始就随时间等速下降， 所以，将上述崩溃曲线中的等速部分外推到 t=0 处时的床层高度，即为浓相床层的高度 H D 。这样，只要重复上述过程，多做几条崩溃曲线， 总可以找到一条曲线，这条曲线正好无气泡逸出段，开始就是等速下降的起点。与此相应的 气速即为起始鼓泡速度 U mb 。 根据△ P 的情况，还可以了解床内的动态，如沟流和节涌等等。 三、实验装置与流程 如图3所示：本实验所用的流化床为 G100X 4mm 的有机玻璃制成的。床体上装有扩大 管和过滤装置，以回收稀相段的微细粒子。气体分布板为多孔筛板，开孔率为 1%。 CT 1 彳豉字积分器\ / 图3 实验装置 H T 4 图2 H T ?t 关系
气固两相流在燃烧器中的应用
气固两相流在燃烧器中的应用 1、气固两相流的基本理论 不管何种型式的燃烧器，其内流动的本质都是气固两相流动。因而，要改进燃烧器，必须对气固两相流动的规律有深入的理解。 2、气固两相流的基本特点 单相气流中只有气体的存在，但是在锅炉内的气流中都存在一定浓度的固体颗粒，而且各处的固体颗粒浓度存在差异，这就使得炉内的燃料颗粒流动变的相当复杂。一般来说，有以下主要的特点: (1)气体分子分布均匀，而燃料颗粒是分散的、且直径大小不同，为了简便起见，人们通常仅仅考虑一个平均尺寸。 (2)燃烧装置中颗粒浓度一般不大，所以颗粒相一般不能作为连续介质。 (3)颗粒相的惯性较大，气体和颗粒间存在着速度的滑移，因而各自运动规律相互会产生影响。 (4)颗粒之间及颗粒和壁面的碰撞和摩擦可以产生静电效应。在不等温的热流中还存在着热泳现象。 (5)由于颗粒尺寸大小不一，形状也不同，使得每个颗粒都有不同的速度。 (6)在有压力梯度、速度梯度存在的流场中，颗粒经常处于加速或者减速的不稳定状态，颗粒间及与管壁间相互碰撞等都会引起颗粒的高速旋转，产生升力效应。 (7)颗粒的湍流扩散系数和气体不同，因而其横向扩散运动的特点也不一样。小颗粒的扩散速率比大颗粒的扩散速率大。 3、气固两相流的分类 工程中的两相流种类繁多，结构复杂，从空气动力学的特征出发，可以分为稀相两相流和浓相两相流。这是以颗粒在气相中的含量多少来区分的，通常认为稀相两相流中颗粒的浓度不大，使得颗粒的存在对气相运动的影响不大，颗粒相的运动规律基本与相一致，只要把气相和固相运动的相互影响加以修正就可以了。浓相两相流动就是颗粒相浓度增加到一定数值以后，对气相的流动形成了很大影响，这时候用气相流动方程就很难准确的加以描述。一般来说，颗粒的浓度小于lkg/kg空气时，可以认为是稀相两相流，反之就是浓相两相流。 对于浓相气固两相流，气相决定着固相运动，固相对气相的影响也不可以忽略，这种情况称为双向祸合(Two-Way Coupling)。稀相两相流的颗粒相对气相影响很小，可以忽略不计，但是气相场决定这颗粒的轨迹和其他参数的变化，这种情况称为单向祸合(One-Way Coupling)。 4、气固两相流的特性参数 由于气固两相流中增加了颗粒相，流动中存在着一个形状与分布随机可变的相界面。而各个相之间又存在着一个不可忽略的相对速度，导致了流经管道的分相流量比和分相所占的管截面比不相等。因此描述气固两相流的流动特性参数比气体单相的流动特性参数要复杂很多。主要的参数有:两相浓度(各相所占的相对容积，重量等)、空隙度(流体所占的体积与整个两相流体的总体积之比)、两相密度(各相的总重量与总体积的比)，比面积(分散颗粒相的表面积与其体积之比)、以及两相粘度、两相比热、两相导热系数和颗粒的松弛时间等。 除此，还有其他的一些参数，如两相流体的密度，颗粒平均尺寸等。 5、工程气固两相流模化实验的原理 气固两相流进行模化时，首先要做到几何相似，其次要使雷诺数相等或者气流达到自模化区，另外，还要做到单值条件相似，即达到流动相似。为了使模型与原型中的两相流动相似，还必须要遵循一定的准则。
气固两相流强化传热研究进展
2014年7月 CIESC Journal July 2014第65 卷 第7期 化 工 学 报 V ol.65 No.7 气固两相流强化传热研究进展 刘传平1,3，李传2，李永亮3，丁玉龙3,4，王立1 (1北京科技大学机械工程学院，北京 100083；2Institute of Particle Science and Engineering, University of Leeds, Leeds LS2 9J T , UK ；3Shool of Chemical Engineering, University of Birmingham, Edgbaston, Birmingham B15 2TT ，UK ； 4中国科学院过程工程研究所，北京 100090) 摘要：在气流中加入颗粒，形成气固两相流。根据气流速度的不同，气固两相流分为鼓泡流态化、快速流态化、 气力输送等形式。不同的流动形态，两相流内颗粒浓度及颗粒的运动规律不同，其传热特点也存在差异。通过回 顾几种多相流流态的传热特点，总结了多相流与传热面换热的影响因素、气固两相流的传热机理与模型。气固两 相流中颗粒浓度、颗粒运动对其传热起决定性作用，而操作参数（气流速度、床层压力、床层温度等）则主要通 过改变颗粒浓度和颗粒运动影响传热。此外，通过气固两相流强化传热的应用实例——气固两相流与填充床的热 交换，分析了颗粒在对流换热中所起的作用，并进一步提出了今后研究方向和难点所在。 关键词：传热；两相流；流态化；对流；气固混合物 DOI ：10.3969/j.issn.0438-1157.2014.07.010 中图分类号：TQ 022.4 文献标志码：A 文章编号：0438—1157（2014）07—2485—10 Heat transfer enhancement in gas-solid flow LIU Chuanping 1,3, LI Chuan 2, LI Yongliang 3, DING Yulong 3,4, WANG Li 1 （1School of Mechanism Engineering , University of Science and Technology Beijing , Beijing 100083, China ; 2Institute of Particle Science and Engineering , University of Leeds , Leeds LS 2 9JT , UK ; 3School of Chemical Engineering , University of Birmingham , Edgbaston , Birmingham B 15 2TT , UK ; 4Institue of Process Engineering , Chinese Academy of Sciences , Beijing 100090, China ） Abstract ：By adding particles into a gas flow, a gas-solid flow is formed. As the gas velocity increases, the gas-solid flow shows different patterns as bubbling fluidization, circulating fluidization and pneumatic conveying, in which the concentration of particles and the motion of gas-solid mixture are different, influencing the heat transfer between the gas-solid flow and immersed surface. In this paper, the heat transfer characters of the three flow patterns are reviewed, and the influencing factors, heat transfer mechanism and models are summarized. The concentration of particles and their movement play a decisive role on the heat transfer, and the operating parameters (gas velocity, bed pressure, bed temperature, etc ) influence the heat transfer through changing the particle concentration and movement. A case of heat transfer enhancement, the heat exchange between gas-solid mixture and fixed bed, is analyzed. In addition, the future research area and the difficulty are presented. Key words ：heat transfer; two-phase flow; fluidization; conduction; gas-solid mixture 引 言 化工过程经常涉及热量传递，如化学反应通常 要在一定温度下进行，为了达到反应温度，必须对反应器加热或冷却；在蒸发、精馏、干燥等单元操作中，也需要输入或输出热量。温度和热量是影响 2014-03-27收到初稿，2014-04-07收到修改稿。 联系人：丁玉龙。第一作者：刘传平（1982—），男，博士，讲师。 Received date : 2014-03-27. Corresponding author : Prof. DING Yulong, y.ding@https://www.360docs.net/doc/2516730071.html,
固气两相流输送理论简介
3.1固气两相流输送理论 载气式送粉器主要依靠动能把粉末均匀、稳定地输送出来，辅之以气体分散和运输，粉末容易分散均匀及流畅运输。因此送粉器的结构设计和送粉器的应用都要用到固气两相流输送的相关理论。 3.1.1固气两相流输送原理 固气两相流，也称气力输送，是一种利用空气流作为输送动力在管道中输送粉粒状颗粒料的方法。 物料在管道中的流动状态实际上很复杂，主要随气流速度及气流中所含的物料量和物料本身料性的不同而显著变化。通常，当管道内气流速度很高而物料量又很少时，物料颗粒在管道中接近于均匀分布，并在气流中呈完全悬浮状态被输送，见图3-1（a ）。随着气流速度逐渐减小或物料量有所增加，作用于颗粒的气流推力也就减小，使颗粒速度也相应减慢。加上颗粒间可能发生碰撞，部分较大颗粒趋向下沉接近管底，这时管底物料分布变密，但物料仍然正常地被输送，见图3-1(b)。当气流速度再减小时，可以看到颗粒成层状沉积在管底，这时气流及 一部分颗粒从它的上层空间通过。而在沉积层的表面，有的颗粒在气流的作用下也会向前滑移，见图3-1(c)。当气流速度开始低于悬浮速度或者物料量更多时，大部分较大颗粒会失去悬浮能力，不仅出现颗粒停滞在管底，在局部地段甚至因物料堆积形成“砂丘”。气流通过“砂丘”上部的狭窄通道时速度加快，可以在一瞬间将“砂丘”吹走。颗粒的这种时而停滞时而吹走的现象是交替进行的，见图3-1(d)。如果局部存在的“砂丘”突然大到充填整个管道截面，就会导致物料在管道中不在前进。如果设法使物料在管道中形成料栓，见图3-1(e)。也可以利用料栓前后的压力差推动它前进。 以上所说的物料气力输送流动状态中，前三种属于悬浮流， 颗粒是依靠高速