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基于格子Boltzmann方法颗粒团聚物曳力系数的数值模拟及应用研究

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石油化工 2012年第5期41卷 544-550页

作者：沈志恒马宏文陆慧林宋廷钰李铮海洋石油工程股份有限公司设计公司天津300451 中海油能源发展股份有限公司油田建设渤海工程分公司天津300451 哈尔滨工业大学能源科学与工程学院黑龙江哈尔滨150001

应用气固两相流动的格子Boltzmann-离散颗粒运动模型,气体流动采用格子Boltzmann方法的D2Q9模型,固体颗粒运动采用牛顿第二运动定律计算,壁面采用具有二阶计算精度的半步长反弹边界条件,数值模拟了循环流化床提升管内颗粒团聚物的运动... 详细信息

应用气固两相流动的格子Boltzmann-离散颗粒运动模型,气体流动采用格子Boltzmann方法的D2Q9模型,固体颗粒运动采用牛顿第二运动定律计算,壁面采用具有二阶计算精度的半步长反弹边界条件,数值模拟了循环流化床提升管内颗粒团聚物的运动过程。模拟结果表明,颗粒团聚物的气固相间曳力系数随颗粒团聚物的空隙率和雷诺数的增大而减小;拟合得到基于格子Boltzmann方法的气固相间曳力模型;采用基于格子Boltzmann方法的气固相间曳力模型的欧拉-欧拉双流体模型模拟循环流化床提升管内颗粒相密度和颗粒质量流量径向分布,模拟结果与实验结果很接近。

关键词：提升管格子Boltzmann方法曳力系数颗粒团聚物数值模拟

循环流化床提升管中团聚物颗粒浓度的实验研究

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四川大学学报（工程科学版） 2005年第5期37卷 46-50页

作者：漆小波曾涛黄卫星祝京旭石炎福四川大学化学工程学院四川成都610065 西安大略大学化工系、加拿大伦敦N6A5B9

基于FCC和河沙颗粒的局部瞬时颗粒浓度时间序列，研究了循环床上行气固两相流中团聚物的颗粒浓度及其与时均颗粒浓度之间的关系。实验分析揭示出团聚物内部颗粒浓度与当地时均颗粒浓度不仅具有明显的相关性，而且两种浓度在径向上亦具... 详细信息

基于FCC和河沙颗粒的局部瞬时颗粒浓度时间序列，研究了循环床上行气固两相流中团聚物的颗粒浓度及其与时均颗粒浓度之间的关系。实验分析揭示出团聚物内部颗粒浓度与当地时均颗粒浓度不仅具有明显的相关性，而且两种浓度在径向上亦具有相同的自相似分布特征，并由此给出了团聚物内部颗粒浓度与当地时均颗粒浓度相互关系的经验关联式，研究结果对描述气固上行两相流的结构形态和建立流动模型有重要意义。

关键词：循环流化床提升管颗粒团聚物颗粒浓度

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循环流化床中颗粒团聚物性质的PDPA测量

化工学报 2004年第4期55卷 555-562页

作者：刘新华高士秋李静海中国科学院过程工程研究所多相反应开放研究实验室北京100080

提出了一种利用相位多普勒粒子分析仪 (PDPA)来测量气固循环流化床中颗粒团聚物性质的方法 ,并运用此方法初步考察了操作条件对循环流化床稀相区中颗粒团聚物性质的影响 .在本实验操作条件下 ,颗粒团聚物的时间分率、频率、内部空隙率... 详细信息

提出了一种利用相位多普勒粒子分析仪 (PDPA)来测量气固循环流化床中颗粒团聚物性质的方法 ,并运用此方法初步考察了操作条件对循环流化床稀相区中颗粒团聚物性质的影响 .在本实验操作条件下 ,颗粒团聚物的时间分率、频率、内部空隙率以及轴向速度等性质都存在轴径向的不均匀分布 ,具有较明显的环核特征 ;固体循环速率对颗粒团聚物性质径向分布影响不大 ,表观气速的变化可引起其轴向分布规律发生显著改变 ,但其径向的环核特性仍然存在 .

关键词：颗粒团聚物相位多普勒粒子分析仪循环流化床

基于MECST气固相间曳力模型的气体-颗粒团聚物流动特性的数值研究

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石油化工 2011年第12期40卷 1308-1315页

作者：沈志恒李巍张慧芳陆慧林海洋石油工程股份有限公司设计公司天津300451 哈尔滨工业大学能源科学与工程学院黑龙江哈尔滨150001

由颗粒非均匀流动结构中各个尺度内能量守恒的角度出发,建立了气固两相流系统的整体和局部参数与气固相间曳力的相互关系,提出了基于颗粒悬浮输送能量最小(MECST)气固相间曳力模型;并将其应用于欧拉-欧拉双流体模型中,数值模拟循环流化... 详细信息

由颗粒非均匀流动结构中各个尺度内能量守恒的角度出发,建立了气固两相流系统的整体和局部参数与气固相间曳力的相互关系,提出了基于颗粒悬浮输送能量最小(MECST)气固相间曳力模型;并将其应用于欧拉-欧拉双流体模型中,数值模拟循环流化床提升管内气体-颗粒-颗粒团聚物的流动特性。考察了时均颗粒相密度和颗粒质量流率沿径向的分布;颗粒浓度、提升管压降沿轴向的分布以及颗粒团聚物在提升管内的分布特性。模拟结果表明,颗粒相密度、颗粒质量流率以及提升管压降与实验结果相吻合;与能量最小多尺度气固相间曳力模型的颗粒浓度和颗粒拟温度的结果相比,MECST气固相间曳力模型得到的颗粒浓度较低,从而使颗粒拟温度减小。

关键词：提升管欧拉-欧拉双流体模型颗粒悬浮输送能量最小曳力模型颗粒团聚物数值模拟

基于MP-PIC对循环流化床提升管内气固流动

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基于MP-PIC对循环流化床提升管内气固流动

作者：李梦瑶太原理工大学

学位级别：硕士

循环流化床(Circulating Fluidized Bed,CFB)锅炉具有燃烧效率高、污染控制好等优点,目前被应用于能源、化工、环境等行业。其中提升管内强烈的不均匀流动结构以及颗粒团聚物的出现,对设计整个循环流化床和流化床内的流动、传热及污染... 详细信息

循环流化床(Circulating Fluidized Bed,CFB)锅炉具有燃烧效率高、污染控制好等优点,目前被应用于能源、化工、环境等行业。其中提升管内强烈的不均匀流动结构以及颗粒团聚物的出现,对设计整个循环流化床和流化床内的流动、传热及污染物的排放等都有很大的影响。多相质点网格法(Multiphase Particle-in-Cell,MP-PIC)能准确模拟颗粒间作用力的同时减少了计算时间。计算流体力学(Computational Fluid Dynamic,CFD)是利用计算机模拟技术对流体流动进行数值模拟,能生动形象地再现了流体流动的情景,并对试验研究进行补充。因此,本文基于CFD开源软件Open FOAM,采用MPPIC方法,对三维循环流化床中提升管内的气固两相流动特性和颗粒团聚物的特性进行了数值模拟研究。首先,在OpenFOAM开源软件上,利用C++语言,首次将Syamlal&O’Brien和分区曳力模型应用于MPPICFoam求解器中并对提升管内的气固流动特性进行模拟计算。其次,选取三种不同的曳力模型:Gidaspow、Syamlal&O’Brien和分区曳力模型对三维提升管内的气固流动特性进行模拟研究,结果表明:采用分区曳力模型得到的颗粒体积分数和颗粒循环量与试验结果最为吻合。然后,基于分区曳力模型对提升管内的气固两相流动特性进行数值模拟研究,结果表明:在提升管中心处(r/R=-0.5～0.5)时均颗粒体积分数较低而颗粒速度较高,但在壁面处颗粒体积分数较高而颗粒速度较低。当提升管相对高度(h/H)大于0.6时,提升管内的时均颗粒体积分数很小(约为0.05);而颗粒速度较高且稳定在8 m/s左右。很好地描述出颗粒在提升管内沿轴向呈现“上稀下浓”,沿径向呈现“环-核”流动的不均匀分布规律。同时,在提升管内存在着不同尺度大小的絮状物、簇状物等颗粒团聚物。最后,通过阈值法研究了表征颗粒团聚特性的主要特征参数的分布规律,结果表明:团聚物的浓度与颗粒体积分数的分布规律相似,在提升管内呈现出强烈的不均匀分布现象。团聚物平均存在时间、时间分率会随提升管高度的增加而减小,而当高度增加时,团聚物出现频率随之增大;从提升管的中心到边壁处,平均存在时间、时间分率逐渐增大,而频率却逐渐降低。本文计算出的团聚物的平均存在时间的范围为5～45 ms,出现频率的范围维持在4～34 Hz之间。

关键词：数值模拟 OpenFOAM MP-PIC 提升管曳力模型气固两相流动颗粒团聚物

两阶段悬浮液超音速火焰喷涂喷雾运动蒸发模拟研究

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动力工程学报 2020年第12期40卷 988-994,1013页

作者：廉嘉庚叶欣单彦广上海理工大学能源与动力工程学院上海200093

以两阶段悬浮液超音速火焰喷涂为对象,采用数值模拟方法建立了两相流动与传热模型,对悬浮液喷雾雾化、运动蒸发以及固体颗粒团聚物的析出和加热运动过程进行了模拟分析。结果表明:随着氮气质量流量的增大,沿中心轴线方向气流温度降低,... 详细信息

以两阶段悬浮液超音速火焰喷涂为对象,采用数值模拟方法建立了两相流动与传热模型,对悬浮液喷雾雾化、运动蒸发以及固体颗粒团聚物的析出和加热运动过程进行了模拟分析。结果表明:随着氮气质量流量的增大,沿中心轴线方向气流温度降低,但速度基本不变;径向注射的悬浮液体积流量约为100 mL/min时悬浮液可渗透到气流中心,雾化和蒸发效果最好;注射角为-15°时颗粒粒径显著减小,且以液态形式到达基板的颗粒减少,从而涂层质量得到提高。

关键词：超音速火焰喷涂悬浮液雾化颗粒团聚物数值模拟

颗粒群绕流传质特性的格子Boltzmann模拟

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化学反应工程与工艺 2016年第4期32卷 289-296页

作者：王利民吴承优中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室北京100190 江西理工大学资源与环境工程学院江西赣州341000

为考察气固两相流中颗粒团聚对气固传质过程的影响，采用耦合传质的格子Boltzmann 模型对在空间均匀分布的颗粒结构和非均匀分布的颗粒团聚物结构条件下的绕流过程进行了直接数值模拟，得到了气体绕颗粒流动的速度分布和伴随流动的浓度... 详细信息

为考察气固两相流中颗粒团聚对气固传质过程的影响，采用耦合传质的格子Boltzmann 模型对在空间均匀分布的颗粒结构和非均匀分布的颗粒团聚物结构条件下的绕流过程进行了直接数值模拟，得到了气体绕颗粒流动的速度分布和伴随流动的浓度分布，发现颗粒团聚物对绕流过程的速度分布和浓度分布都具有明显的影响。通过对颗粒绕流的气固传质过程进行定量分析发现，在两种结构条件下计算得到的传质舍伍德数均随着雷诺数的增大而呈指数函数形式增大，并且在均匀结构条件下的传质舍伍德数一般为非均匀结构条件下的3～5 倍，颗粒团聚物的存在将严重影响颗粒绕流过程的气固传质效率。通过格子Boltzmann 方法建立的气固相间传质模型，可以为研究气固两相流介尺度结构的传递特性提供理论依据。

关键词：颗粒群绕流颗粒团聚物格子玻尔兹曼方法传质数值模拟

快速床动力学统一模型Ⅲ:高密度流化床的预报

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工程热物理学报 2013年第1期34卷 177-180页

作者：张楚林郁郁章明川上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

基于模型Ⅰ、Ⅱ,本文对颗粒团聚物的受力情况进行了分析。当宏观相间摩擦力大于颗粒团聚物重力时,颗粒团聚物发生二次流化,床层进入高密度快速床状态。按摩擦力等于重力的条件确定了相间滑移自调节量,并以此对快速床分相模型进行了修正... 详细信息

基于模型Ⅰ、Ⅱ,本文对颗粒团聚物的受力情况进行了分析。当宏观相间摩擦力大于颗粒团聚物重力时,颗粒团聚物发生二次流化,床层进入高密度快速床状态。按摩擦力等于重力的条件确定了相间滑移自调节量,并以此对快速床分相模型进行了修正。模型很好预报了高密度快速床的上下部固含率不再随固体循环流率的增加而发生明显的变化。

关键词：高密度快速床颗粒团聚物二次流化相间摩擦力滑移自调节

基于快速流态化统一动力学模型的床层固含率分布规律模拟

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锅炉技术 2019年第1期50卷 32-39,60页

作者：熊加恩郭道川范浩杰章明川上海交通大学巴黎高科卓越工程师学院上海200240 上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

快速流态化作为一种新型高效的气固接触技术,现广泛应用于各行各业。以快速流态化统一动力学模型为基础,分别探究了床料物性参数、操作运行条件以及床层直径大小对床层上部稀相区固体颗粒浓度分布规律的影响,并对相关结果进行了分析,以... 详细信息

快速流态化作为一种新型高效的气固接触技术,现广泛应用于各行各业。以快速流态化统一动力学模型为基础,分别探究了床料物性参数、操作运行条件以及床层直径大小对床层上部稀相区固体颗粒浓度分布规律的影响,并对相关结果进行了分析,以期为快速流态化统一动力学模型的工程推广应用提供进一步的指导。结果表明:在其他参数不变的条件下,快速床上部稀相固含率随颗粒密度的增大而减小;随颗粒直径的增大而减小;随床层直径的增大而增大;随固体循环流率的增大而增大;随操作风速的增大而减小。

关键词：快速流态化固含率颗粒团聚物气固两相流动