多相外循环流化床上升管内流动特性的数值模拟及实验研究

论文摘要

伴有传热、传质和化学反应的汽(气)液固多相流动是化工设备及化工单元操作中的基本现象,具有复杂的流动特征。因此,对多相流动规律的研究成为化工过程中困难又急待解决的关键问题之一。本文利用数值模拟与实验的方法对多相流化床的局部流动特性和传热特性进行了研究。在不同的质量流量、温度、压力等条件下,对外循环多相流化床内上升管内进行了二维、三维的稳态和非稳态模拟。针对两种典型的多相流模型――双流体模型和离散相模型进行了比较和分析,合理复现了密集型流化床管内的流动特征。模拟并分析了近壁区域的颗粒团簇现象对两相流动的影响因素,颗粒团聚及破散运动是引起管内压力波动和能量集中的主要原因。对不同角度弯管的颗粒流化状态进行了比较和稳定性分析,确定出了最低有效测压点。建立了计算颗粒与壁面碰撞传热的简单几何模型,并且计算了稳态条件下单个颗粒碰撞管壁时的温度场分布。模拟结果和实验数据吻合较好,对多相流化床的深入研究提供了一定参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• §1-1 流化床技术的应用及其发展
• 1-1-1 流化床发展简介
• 1-1-2 液固两相循环流化床的研究概况
• 1-1-3 气液固三相循环流化床的研究
• 1-1-4 循环流化床压降的试验研究
• §1-2 循环流化床数值模拟的研究进展
• 1-2-1 流化床传热过程理论及模型的研究进展
• 1-2-2 两相流流体动力学模型综述
• 1-2-2-1 双流体模型
• 1-2-2-2 离散颗粒模型
• §1-3 论文研究的主要内容
• 第二章 循环流化床上升管内液固两相流模拟
• §2-1 循环流化床管内流体动力特性
• 2-1-1 液固循环流化床内的总体流动行为
• 2-1-2 循环流化床的固含率分布特性
• 2-1-2-1 轴向流动规律
• 2-1-2-2 径向流动规律
• 2-1-3 模拟多相流循环流化床的 EULERIAN 模型
• §2-2 CFB 上升管内液固两相流动的模拟
• 2-2-1 液固两相流动的数学物理模型
• 2-2-1-1 体积分数的概念
• 2-2-1-2 颗粒相守恒基本方程
• §2-3 上升管内液固两相流动模拟
• 2-3-1 几何模型的建立
• 2-3-2 初始、边界条件及模型参数的设定
• §2-4 模拟结果与分析
• 2-4-1 二维模拟结果与分析
• 2-4-2 三维模拟结果与分析
• §2-5 升管内液固两相流动的三维离散模拟
• 2-5-1 数学物理模型
• 2-5-1-1 颗粒的受力平衡
• 2-5-1-2 颗粒轨道方程
• 2-5-2 初始和边界条件
• 2-5-3 模拟结果与讨论
• §2-6 弯管处的液固两相流模拟
• 2-6-1 几何模型
• 2-6-2 初始和边界条件
• 2-6-3 模拟结果与讨论
• §2-7 弯管角度对颗粒流的影响分析
• 2-7-1 几何模型
• 2-7-２模拟结果与分析
• §2-8 小结
• 第三章 流化床管内多相局部传热特性模拟
• §3-1 热态管流中单一颗粒传热过程模拟
• 3-1-1 离散颗粒模型
• §3-2 颗粒间碰撞传热模型
• 3-2-1 颗粒碰壁过程的几何模型
• 3-2-2 颗粒传热模拟结果与分析
• 第四章 实验
• §4-1 实验流程及仪器设备
• 4-1-1 实验流程
• 4-1-2 主要实验设备
• §4-2 实验物系及实验内容
• 4-2-1 主要物性参数（室温下）
• 4-2-2 实验内容
• §4-3 压力波动时间序列的处理
• 4-3-1 采样频率的确定
• 4-3-2 信号时间序列长度的确定
• 4-3-3 滤波
• 4-3-4 统计分析处理方法
• 4-3-5 谱分析处理方法
• 4-3-6 R/S 处理方法
• §4-4 实验结果与分析
• 4-4-1 统计分析
• 4-4-2 压力波动的谱分析
• 4-4-3 汽液两相流压力波动信号的 R/S 分析
• §4-5 小结
• 第五章 结论
• 建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果