布風(fēng)板結(jié)構(gòu)對(duì)煤氣化流化床流動(dòng)特性的影響研究

【摘要】：流化床氣體分布的均勻性對(duì)于流體的流動(dòng)特性、傳熱、傳質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)都具有重要作用,是影響流化床流化的重要因素。流化床進(jìn)風(fēng)方式及氣體布風(fēng)板結(jié)構(gòu)有多種形式,但都應(yīng)滿足均布?xì)饬鞯幕緱l件。如果流化床氣體分布不均,會(huì)使固體顆粒在床層分布不合理,造成固體顆粒分布不均勻,影響床內(nèi)固體顆粒的整體流化。因此,對(duì)于流化床中流體流動(dòng)行為的研究是很有必要的,其具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文運(yùn)用計(jì)算流體力學(xué)方法對(duì)流化床內(nèi)氣固兩相流動(dòng)特性進(jìn)行了數(shù)值模擬研究,比較了平板、∧形、∨形和斜板四種分布板流化床的氣泡運(yùn)動(dòng)特性,分析了不同傾角對(duì)∧形、∨形和斜布風(fēng)板流化床固體顆粒體積分?jǐn)?shù)和速度分布的影響,并進(jìn)一步研究了開孔率和開孔直徑對(duì)流動(dòng)特性的影響,得到主要研究成果如下:(1)基于歐拉-歐拉雙流體模型和Gidaspow氣固相曳力模型,建立了單噴管平板流化床氣固兩相流動(dòng)數(shù)值模型。采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε、RNG k-ε和Realizable k-ε湍流模型對(duì)單噴管平板流化床進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算,得到了氣泡運(yùn)動(dòng)特性,通過數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較,確定了較合適的流化床氣固兩相流動(dòng)的數(shù)值模型。(2)對(duì)平板、∧形、∨形和斜板四種布風(fēng)板結(jié)構(gòu)流化床的氣泡運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行了數(shù)值模擬分析,發(fā)現(xiàn)采用這四種布風(fēng)板結(jié)構(gòu)時(shí)氣泡運(yùn)動(dòng)特性相同。當(dāng)沿徑向選用非均勻布風(fēng)方式時(shí),高風(fēng)速區(qū)氣相攜帶固體顆粒向上運(yùn)動(dòng),低風(fēng)速區(qū)的床層阻力較小,固體顆粒在重力作用下向下運(yùn)動(dòng),從而形成了床內(nèi)的環(huán)核循環(huán)運(yùn)動(dòng)。(3)比較了平板、∧形、∨形和斜板四種布風(fēng)板流化床固體顆粒體積分?jǐn)?shù)沿徑向的分布特性,得到平板布風(fēng)流化床固體顆粒平均體積分?jǐn)?shù)波動(dòng)最大,∧形、∨形和斜板三種布風(fēng)板波動(dòng)較小,且后三者分布曲線較為接近。(4)分析了∧形和∨形布風(fēng)板不同傾角下床內(nèi)固體顆粒體積分?jǐn)?shù)和速度分布,得到布風(fēng)板傾角為20°~30°時(shí)床內(nèi)固體顆粒分布比較均勻,沿徑向速度梯度較大,氣固相混合特性較好。(5)分析了斜布風(fēng)板不同傾角下床內(nèi)固體顆粒體積分?jǐn)?shù)和速度分布,得到不同傾角下的流化床內(nèi)固體顆粒分布基本一致,而傾角為30°時(shí),固體顆粒沿徑向速度梯度較大,因此氣固相混合特性較好。(6)對(duì)∧形、∨形和斜板三種布風(fēng)板不同開孔率和開孔直徑下流化床的流動(dòng)特性進(jìn)行數(shù)值模擬分析,得到在傾角30°時(shí),三種分布板開孔率為0.8%和開孔直徑為2mm時(shí),氣固相混合特性較好。 【關(guān)鍵詞】：流化床 布風(fēng)板 數(shù)值模擬 開孔率 開孔直徑
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ541
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 緒論11-29
• 1.1 課題的研究背景及意義11-13
• 1.2 氣固兩相流動(dòng)模型研究進(jìn)展13-19
• 1.2.1 歐拉-拉格朗日模型14-15
• 1.2.2 歐拉-歐拉模型15-18
• 1.2.3 流體模型比較18-19
• 1.3 曳力模型研究進(jìn)展19-23
• 1.4 流化床氣化爐流動(dòng)特性研究現(xiàn)狀23-27
• 1.4.1 影響流化床流動(dòng)特性的因素23-24
• 1.4.2 布風(fēng)板對(duì)流化床內(nèi)流場(chǎng)分布的影響研究24-27
• 1.5 本文研究?jī)?nèi)容27-29
• 第2章 流化床氣固兩相流模型的建立29-37
• 2.1 模型的建立29-32
• 2.1.1 模型選取30
• 2.1.2 控制方程30-31
• 2.1.3 曳力模型的選擇31-32
• 2.1.4 湍流方程的選擇32
• 2.1.5 邊界條件及離散化32
• 2.2 單噴管流化床氣泡特性的數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究32-35
• 2.2.1 單噴管流化床的數(shù)值模擬32-33
• 2.2.2 單噴管流化床實(shí)驗(yàn)介紹33-34
• 2.2.3 模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較34-35
• 2.3 本章小結(jié)35-37
• 第3章 布風(fēng)板結(jié)構(gòu)對(duì)流化床流動(dòng)特性的影響37-59
• 3.1 物理模型的建立37-38
• 3.2 布風(fēng)板形狀對(duì)流動(dòng)特性的影響38-43
• 3.2.1 平板布風(fēng)流化床流動(dòng)特性38-39
• 3.2.2 ∧形布風(fēng)板流化床流動(dòng)特性39-41
• 3.2.3 ∨形布風(fēng)板流化床流動(dòng)特性41-42
• 3.2.4 斜板流化床流動(dòng)特性42-43
• 3.2.5 四種布風(fēng)板流化床比較43
• 3.3 布風(fēng)板傾斜角度的影響43-56
• 3.3.1 ∧形布風(fēng)板不同傾斜角度對(duì)流動(dòng)特性的影響43-48
• 3.3.2 ∨形布風(fēng)板不同傾角對(duì)流動(dòng)特性的影響48-52
• 3.3.3 斜布風(fēng)板不同傾角對(duì)流動(dòng)特性的影響52-56
• 3.4 本章小結(jié)56-59
• 第4章 布風(fēng)板開孔率和開孔直徑對(duì)流動(dòng)特性的影響59-75
• 4.1 ∧形布風(fēng)板開孔率對(duì)流動(dòng)特性的影響59-63
• 4.1.1 ∧形布風(fēng)板三種開孔率下固體顆粒體積分?jǐn)?shù)分布60-61
• 4.1.2 ∧形布風(fēng)板三種開孔率下固體顆粒速度分布61-63
• 4.2 ∨形布風(fēng)板開孔率對(duì)流動(dòng)特性的影響63-66
• 4.2.2 ∨形布風(fēng)板三種開孔率下固體顆粒體積分?jǐn)?shù)分布64-65
• 4.2.3 ∨形布風(fēng)板三種開孔率下固體顆粒速度分布65-66
• 4.3 斜布風(fēng)板開孔率對(duì)流動(dòng)特性的影響66-70
• 4.3.2 斜布風(fēng)板三種開孔率下固體顆粒體積分?jǐn)?shù)分布67-68
• 4.3.3 斜布風(fēng)板三種開孔率下固體顆粒速度分布68-70
• 4.4 開孔直徑對(duì)流場(chǎng)的影響70-72
• 4.4.1 不同孔徑布風(fēng)板對(duì)固體顆粒分布的影響71-72
• 4.5 本章小結(jié)72-75
• 第5章 總結(jié)與展望75-77
• 5.1 總結(jié)75-76
• 5.2 展望76-77
• 參考文獻(xiàn)77-81
• 致謝81-83
• 攻讀學(xué)位期間參加的科研項(xiàng)目和成果83

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