液固循环流化床颗粒分布板的实验研究和数值模拟

论文摘要

在综合大量国内外文献基础上,设计出了一种曲面结构开孔分布板用来改善液固循环流化床换热器内颗粒的分布不均匀情况,从而达到强化传热和防除垢的效果。采用直径为1 mm刚玉球作为颗粒相,水为流动相,以三维Navier-Stokes方程作为控制方程,结合K-ε两方程湍动模型,采用隐式有限体积法对床内的液固两相流动进行计算。研究了液固流化床换热器下管箱安装分布板与否及分布板板面结构形式、液体流速、初始固含率、安装高度比、分布板的大小对颗粒分布的影响,并通过下管箱内压力分布的实验结果以及课题组先前的数据对所采用的数值计算方法进行了验证。通过对下管箱内流动情况的模拟,得出了所设计的分布板对于颗粒分布的改善情况,并且得出了在安装该分布板条件下较优的操作条件。结果表明：在未安装分布板时颗粒在换热管内的分布非常不均匀,下管箱安装分布板可以改善换热管束内颗粒分布的均匀性,且曲面分布板的改善效果优于平面分布板；分布板安装高度比在0.25～0.5时,换热管束内颗粒分布均匀性较好；当分布板半径R1与入口管径R2比为1.8左右时,分布效果最为理想；在安装曲面分布板的情况下,换热管束内的颗粒分布均匀性随着系统初始固含率及下管箱入口流速的增大而增强。压力实验结果和模拟结果误差在20%以内,验证了所选数学模型的准确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1-1 多相流化床换热器的发展现状
• §1-2 多相流化床换热器颗粒分布的研究
• §1-3 本课题研究的意义及主要内容
• 第二章 液固两相流FLUENT模拟数学模型及求解技术
• §2-1 计算流体力学概述
• §2-2 控制微分方程
• 2-2-1 控制方程
• 2-2-2 动量守恒方程
• 2-2-3 相间作用力
• 2-2-4 固相压力
• 2-2-5 固体剪切力
• 2-2-6 颗粒温度输运方程
• §2-3 两相流动理论
• 2-3-1 颗粒轨道模型
• 2-3-2 多流体模型
• 2-3-3 κ-ε湍流模型
• §2-4 FLUENT中的求解方法
• 2-4-1 模型建立
• 2-4-2 网格划分
• 2-4-3 边界条件的设定
• 2-4-4 FLUENT求解器设定
• 第三章 实验部分
• §3-1 实验装置及流程
• §3-2 分布板设计
• §3-3 主要操作参数
• §3-4 数据处理方法
• §3-5 压力实验结果的分析
• 第四章 数值模拟结果与分析
• §4-1 模拟结果的验证
• §4-2 无分布板时颗粒分布特性
• §4-3 安装分布板时颗粒分布特性
• 4-3-1 分布板型式对颗粒分布的影响
• 4-3-2 分布板安装高度比对颗粒分布的影响
• 4-3-3 分布板大小对颗粒分布的影响
• §4-4 操作参数对颗粒分布的影响
• 4-4-1 液体流量对颗粒分布的影响
• 4-4-2 循环系统初始固含率对颗粒分布的影响
• §4-5 小结
• §4-6 误差分析
• 第五章 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果