论文题目: 磁流化床气固两相流动特性及其应用的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 工程热物理
作者: 王迎慧
导师: 归柯庭
关键词: 磁流化床,气固两相流动,双流体模型,数值模拟,磁稳区,除尘
文献来源: 东南大学
发表年度: 2005
论文摘要: 磁流化床利用外加磁场调节、控制床内的气固两相流动，可以实现鼓泡流化到稳定流化的转变，在磁稳流化状态下，流化床具有无气体短路、气固接触好、床层压降小、流通截面大等优点，弥补了常规流化床的不足，有望在环境保护、分离吸附、生物与化学反应等工业领域得到广泛地应用。深入、系统地研究磁流化床的气固两相流动的特征对指导磁流化床的工程设计、运行，促进磁流化床的应用推广有着十分重要的意义。本文首先从理论上建立了磁流化床气固两相流动的动力学模型。磁流化床中的气固两相流属于有磁场力作用的稠密气固两相流，故本文着重从解决磁流化床中气固两相之间的耦合作用出发，基于双流体模型，结合颗粒运动的动力学理论，构建出描述磁流化床气固两相流动特性的控制方程。它不但有效地解决了固相颗粒的湍动以及颗粒间的碰撞、摩擦等因素对气固两相流动的影响，而且考虑了气固两相之间湍动能的相互作用，更好地反映出气固两相的湍动对各自流场分布的影响。应用计算流体软件FLUENT对磁流化床气固两相流动进行数值模拟。数值计算主要考察磁场强度对气固两相流动的影响，本文通过对无磁场、弱磁场、适度磁场的两种粒径的颗粒分别在三种气体表观流速比的工况下的气固两相流动进行数值计算，得到反映其流动特征的固相体积浓度分布、床层压降分布。同时，将数值计算结果与实验研究获得的数据进行比对，证明了本文所建立的模型的适用性以及数值模拟预测结果的可靠性与准确性。为充分地掌握磁流化床气固两相流动的机理，在数值模拟的同时，本文还对磁流化床的流化特性进行了实验研究。实验中采用数字式差压传感器对床层压降及波动进行了测定，并以此确定出磁流化床颗粒流化的最小鼓泡流化速度，进而得到各工况条件下磁稳操作区域的范围。在实验研究的基础上，结合实验数据，对无量纲数Re、Ar、Er进行回归分析，得出确定磁稳区域的实验关联式。根据关联式可方便地给出磁稳流化床具体的运行参数，这对磁稳流化床的应用研究有着积极意义。研究磁流化床气固两相流动特征的目的就是为磁流化床的应用研究提供理论依据。本文在已有研究的基础上，面向工程应用，设计出具有一定实用价值的磁稳流化床除尘装置。设计中就装置的关键部件，如床体结构、布风板、磁场发生器、滤料再生系统等给出了优化设计方案，并对所设计的除尘装置的除尘性能进行了实验验证，分析得出了磁稳流化床除尘装置连续、高效运行的基本条件。
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 磁流化床的相关研究及现状
1.2.1 磁流化床的流化特性
1.2.2 磁稳流化床的传热传质特性
1.2.3 磁流化床气固两相流动理论模型的研究
1.2.4 磁流化床的应用研究
1.3 本文研究内容及方法
1.3.1 磁流化床气固两相流动的理论模型
1.3.2 磁流化床气固两相流动的数值模拟
1.3.3 磁流化床流化特性的实验研究
1.3.4 磁稳流化床气除尘器的设计
第二章 磁流化床气固两相流动的动力学模型
2.1 气固两相流动模型的概述
2.1.1 引言
2.1.2 颗粒轨道模型
2.1.3 双流体模型
2.2 磁流化床的气固两相流动的动力学模型
2.2.1 单相流体运动的基本方程
2.2.2 磁流化床的气固两相流动的双流体模型
2.2.3 磁流化床气固两相间的相互作用
2.2.4 气固两相湍流的k-ε方程模型
2.3 小结
第三章 磁流化床气固两相流动的数值模拟
3.1 数值计算的方法
3.1.1 计算区域的划分
3.1.2 控制方程的离散
3.2 数值计算的实现
3.2.1 FLUENT计算软件概述
3.2.2 数值计算在FLUENT中的实现
3.3 小结
第四章 数值计算结果与流动特性的分析
4.1 概述
4.2 固相体积浓度分布
4.3 床层压降
4.4 小结
第五章 磁流化床磁稳操作区域的确定
5.1 磁流化床的基本特性
5.2 磁流化床流化特性的实验研究
5.2.1 实验设备与实验过程
5.2.2 实验结果与讨论
5.3 确定磁稳操作区域的实验关联式
5.3.1 实验关联式的理论分析
5.3.2 实验关联式的数学处理方法
5.4 小结
第六章 磁稳流化床除尘装置的设计及实验验证
6.1 磁稳流化床除尘器
6.1.1 磁稳流化床的除尘理论
6.1.2 磁稳流化床除尘效率的理论模型
6.2 磁稳流化床除尘装置的设计
6.2.1 磁稳流化床本体的设计
6.2.2 磁场发生器的设计
6.2.3 滤料再生系统的设计
6.3 磁稳流化床除尘器的实验研究
6.3.1 实验系统
6.3.2 实验步骤与实验内容
6.3.3 实验结果与分析
6.4 小结
第七章 主要结论
符号表
致谢
参考文献
作者攻读博士学位期间发表的论文及研究成果清单
发布时间: 2007-06-11
参考文献
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