喷动床内气固两相流动特性的研究

论文摘要

喷动床是工业上应用非常广泛的干燥设备,床内由轴向射流形成有规律的气-固两相流动。随着计算机技术的飞速发展与计算方法的不断改进和完善,数值模拟方法已经成为研究流态化过程的重要手段。本文采用Euler-Euler双流体模型,应用标准k-ε双方程模型处理气体湍流流动,对喷动床内的气固两相流动过程进行了模拟计算。采用不同的摩擦应力模型考虑喷动床内高颗粒浓度区域内颗粒间的持续接触与摩擦作用。并对典型喷动床的两种主要改进床型,即喷动流化床与带导向管的喷动床的床内流动进行了模拟计算。计算得到了喷动床内由静床层到形成稳定三区喷动过程的规律,床内最终形成三区流动状态,即高速上升的低颗粒浓度喷射区,低速下降的高颗粒浓度环隙区,及颗粒喷射与下落的喷泉区。计算得出床内颗粒空隙率分布规律与实验数据吻合,并得到了颗粒速度、温度等流动参数。喷动流化床从倒锥体底部通入流化气体,使该区域内气固接触更为充分,颗粒运动更加激烈。流化气采用底面法线方向入射时作用效果较好。导向管的引入使喷动床内的流动分区更加明显,各区域内颗粒运动更为均匀。气固相间接触主要发生在导向管内,导向管出入口附近也存在着较为剧烈的两相流动。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 喷动床的应用与发展
• 1.2.1 典型喷动床的结构与喷动现象
• 1.2.2 气-固喷动床的流动行为
• 1.2.3 喷动床的主要参数
• 1.2.4 喷动床与流化床的比较
• 1.3 喷动床的改进与工业应用
• 1.3.1 改型喷动床
• 1.3.2 工业领域内的研究方向
• 1.4 气-固两相流动的数值模拟方法
• 1.5 本章小结
• 第2章 气固两相流动模型与数值模拟
• 2.1 引言
• 2.2 研究方法
• 2.3 气固两相流动的数学模型
• 2.3.1 连续性方程与动量守恒方程
• 2.3.2 固体颗粒相计算模型
• 2.3.3 气固相间作用计算模型
• 2.3.4 标准k-ε湍流模型
• 2.4 边界条件及初始条件
• 2.5 本章小结
• 第3章 柱锥式喷动床内的气固两相流动
• 3.1 引言
• 3.2 模型结构与网格划分
• 3.3 模拟计算结果与分析
• 3.3.1 颗粒间摩擦应力作用的影响
• 3.3.2 不同密度颗粒的计算结果
• 3.3.3 与He 等实验结果的比较
• 3.4 本章小结
• 第4章 喷动流化床内气固两相流动分析
• 4.1 引言
• 4.2 模型结构与网格划分
• 4.3 喷动流化床内的纯气相流动
• 4.4 模拟计算结果与分析
• 4.4.1 气体流量对床内流动的影响
• 4.4.2 流化气体入射角度的影响
• 4.4.3 计算结果与喷动床的对比
• 4.5 本章小结
• 第5章 带导向管的喷动床内气固两相流动分析
• 5.1 引言
• 5.2 模型结构与网格划分
• 5.3 模拟计算结果与分析
• 5.3.1 喷动气体速度的影响
• 5.3.2 与典型柱锥式喷动床的对比
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢