速度进口条件对鼓泡床内气泡行为影响的模拟研究

论文摘要

鼓泡流化床是工业上应用非常广泛的流态化装置之一,床内由轴向射流形成有规律的气固两相流动。在工业实际中,气体分布器处的气流多呈现出脉动的特性。这种气流的脉动会对床层内气固两相的流动产生影响。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方程模型处理气体湍流流动,采用均匀进风速度边界条件、脉动项按正态分布和脉动项按正弦分布的脉动进风速度边界条件分别对中心进风鼓泡流化床、均匀进风鼓泡流化床和边壁进风鼓泡流化床内的气固两相流动过程进行了模拟计算。计算结果表明鼓泡流化床内气泡经历形成、生长、脱离气体分布器和向上运动等阶段。当气泡脱离气体分布器时底部会发生产生收缩,而在气泡向上运动时尾部会产生尾涡。气泡间也会发生相互作用,气泡间聚并发生在竖直方向。计算结果表明在边界条件设置时考虑气体分布器处的脉动能够更加合理地预测和分析床内流体动力行为。床层内部描述气相与固相的物理量径向分布更加平缓。采用脉动进风速度边界条件时,气泡频率更小,床层中的波动也较小。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 鼓泡流态化及鼓泡床
• 1.2.1 聚式流态化的流型
• 1.2.2 鼓泡流化床的主要结构
• 1.2.3 鼓泡流化床内的气泡行为
• 1.2.4 鼓泡流化床内重要参数
• 1.2.5 鼓泡流化床的优点及其工业应用
• 1.3 进口边界条件对鼓泡流化床影响研究进展
• 1.3.1 国外研究进展
• 1.3.2 国内研究进展
• 1.4 本文研究内容
• 第2章 气固两相流动模型与数值模拟
• 2.1 引言
• 2.2 数值模拟方法
• 2.2.1 离散颗粒模型
• 2.2.2 双流体模型
• 2.3 气固两相流动数学模型
• 2.3.1 质量守恒方程
• 2.3.2 动量守恒方程
• 2.3.3 固体颗粒相计算模型
• 2.3.4 气固相间作用计算模型
• 2.3.5 k-ε湍流模型
• 2.4 计算模型
• 2.4.1 数值解法
• 2.4.2 时间步长
• 2.4.3 网格划分
• 2.4.4 初始条件
• 2.4.5 边界条件
• 2.5 本章小结
• 第3章 进口边界条件对中心进风鼓泡床内气泡行为的影响
• 3.1 引言
• 3.2 计算模型的建立
• 3.2.1 模拟对象及参数的设定
• 3.2.2 计算方法
• 3.2.3 边界条件的设定
• 3.3 计算结果与分析
• 3.3.1 进口边界条件对气泡形成的影响
• 3.3.2 进口边界条件对气泡尺寸的影响
• 3.3.3 进口边界条件对气泡速度的影响
• 3.3.4 进口边界条件对气泡频率的影响
• 3.3.5 进口边界条件对空隙率的影响
• 3.3.6 进口边界条件对轴向速度的影响
• 3.3.7 瞬时空隙率功率谱分析
• 3.3.8 瞬时空隙率多分辨分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 进口边界条件对均匀进风鼓泡床内气泡行为的影响
• 4.1 引言
• 4.2 计算模型的建立
• 4.2.1 模拟对象及参数的设定
• 4.2.2 计算方法
• 4.2.3 边界条件的设定
• 4.3 计算结果与分析
• 4.3.1 进口边界条件对气泡形成的影响
• 4.3.2 进口边界条件对气泡尺寸的影响
• 4.3.3 进口边界条件对气泡速度的影响
• 4.3.4 进口边界条件对气泡频率的影响
• 4.3.5 进口边界条件对空隙率的影响
• 4.3.6 进口边界条件对轴向速度的影响
• 4.3.7 瞬时空隙率功率谱分析
• 4.3.8 瞬时空隙率多分辨分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 进口边界条件对边壁进风鼓泡床内气泡行为的影响
• 5.1 引言
• 5.2 计算模型的建立
• 5.2.1 模拟对象及参数的设定
• 5.2.2 计算方法
• 5.2.3 边界条件的设定
• 5.3 计算结果与分析
• 5.3.1 进口边界条件对气泡形成的影响
• 5.3.2 进口边界条件对气泡尺寸的影响
• 5.3.3 进口边界条件对气泡速度的影响
• 5.3.4 进口边界条件对气泡频率的影响
• 5.3.5 进口边界条件对空隙率的影响
• 5.3.6 进口边界条件对轴向速度的影响
• 5.3.7 瞬时空隙率功率谱分析
• 5.3.8 瞬时空隙率多分辨分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢
• 个人简历