气固两相流阻力式浓度测量方法研究

论文摘要

气固两相流技术在工业上越来越广泛的应用,使有关两相流浓度测定的相关研究显得越发重要了。如电厂锅炉运行过程中,一次风送风管道内煤粉浓度测量准确与否,对整个锅炉稳定运行的调节起着极其重要的作用。因此,探寻能够准确,直接,可靠的在线测量两相流浓度的方法一直是两相流研究中备受关注的课题。靶式流量计是一种用途广泛的流量测量仪器,它具有独特的优点。已有学者将其用于气固两相流浓度的测量,并初步证明了它的可适用性。如若其能更好的应用于气固两相流浓度测量,就有必要对以下几个问题进行研究:何种靶片对两相流浓度较敏感、为何敏感、靶片周围存在着什么样的流场、靶片受力与两相流流速及浓度有何种规律。本文通过数值模拟和实验研究两种方式,初步研究了上述问题。以软件FLUENT为工具,采用湍流粘性离散相射流模型和SIMPLE算法,对研究对象建立了模型。对七大系列靶片的几何尺寸及迎风角与靶片受力的关系做了模拟,得到了它们的关系,并从中发现了对浓度变化最敏感的四大系列靶片(锥型内面球冠靶、球形靶、凸球形内面球冠靶、凹球形内面球冠靶),其中凸球形内面球冠靶对两相流浓度变化最为敏感,针对结果简单分析了原因。以凸球形内面球冠靶为研究对象,在同浓度(包括纯空气)情况下,对它做受力与两相流流速关系的模拟,对比发现靶片受力与两相流流速呈二次函数关系,且随两相流浓度的增加靶片受力对流速变化愈加剧烈。对三个独立变量(靶片受力、两相流流速、加粉量)的关系建立了微分方程,并依据此微分方程,以软件SPSS对两相流模拟结果予以拟合,得到了三个独立变量的关系,拟合误差很小。搭建实验台后,集中对四件两相流浓度响应效果较好的靶片做了实验研究。纯空气实验中,得到靶片受力和风速呈平方关系,与数值模拟的结果相吻合。两相流实验中,一方面,发现浓度大致相同的情况下,实验中靶片的受力均小于模拟中靶片的受力,这主要是由于实验和模拟中风速条件不同造成的;另一方面,发现在两相流浓度、流速大约一致的情况下,四个靶片受力的大小顺序和模拟的情况完全一致。均为凸球形内面球冠靶受力最大。最后分析实验误差,并对实验结果进行拟合,得到了三个独立变量(两相流流速、加粉量、靶片受力)的关系,拟合误差很小。

论文目录

• 目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 1. 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 当前研究现状
• 1.3 本文所做的工作
• 2. 气固两相流基本理论
• 2.1 气固两相流的基本概念和相关概况
• 2.2 气体-固体颗粒两相流的特性参数
• 2.3 作用在固体颗粒上的力
• 3. 两相流流过靶片的数值模拟
• 3.1 水平湍流管内多相流动的数值计算理论
• 3.1.1 气固两相Reynolds时均方程组
• 3.1.2 多相流体模型和离散相模型
• 3.1.3 湍流模型
• 3.1.4 模型的选择
• 3.2 两相流流过靶片的数值模拟
• 3.2.1 模型的绘制与网格的划分
• 3.2.2 物理模型参数的设置及讨论
• 3.2.3 几何模型参数与靶片受力关系的数值模拟
• 3.2.4 对两相流浓度较敏感靶片的数值模拟
• 3.2.5 模拟结果与分析
• 3.3 本章小结
• 4. 靶式流量计测量气固两相流浓度的实验研究
• 4.1 实验原理及实验台
• 4.1.1 实验原理
• 4.1.2 实验台设计
• 4.2 实验过程
• 4.3 实验结果及分析
• 4.4 误差分析
• 4.5 本章小结
• 5. 总结
• 5.1 本文主要工作和成果
• 5.2 本文的主要不足
• 参考文献
• 附表1
• 附表2
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表