应用双流体模型对某U型阀内气固流动特性的数值模拟

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1、学兔兔www.xuetutu.com第43卷第6期锅炉技术Vo1．43，No．62012年11月B0IIERTECHN0LOGYNOV．，2O12应用双流体模型对某U型阀内气固流动特性的数值模拟陈逸，孔圆，缪正清，肖峰(1．上海交通大学机械与动力工程学院，上海200240；2．上海锅炉厂有限公司，上海2O0245)摘要：采用双流体模型，对某一循环流化床u型阀内的大颗粒气固流动进行数值模拟。考察了不同水平孔El高度^下的U型阀，流化风速“对内部气固流动的影响，并借助可视化软件，对烟气反窜、结焦等情况进行分析，给出了一些U阀设计时的建议。关键词：循环流化床；U型阀；气固

2、两相流；双流体模型；结焦；烟气反窜中图分类号：TK229．66文献标识码：A文章编号：1672—4763(2012)06—0031—05别取10mm，2Omm，3Oram(图2中是10mm的0前言hg)；y方向上，水平孑L口通道长度为10ram，U阀U型阀是目前CFB(循环流化床)锅炉最常的阀体长度为110mm。出口的斜管倾角为45。，用的返料装置，目前国内外对于U型阀的研究，截面尺寸2Oram~8Omm，输送室和立管底部(松大多以实验为主，并辅以一定的理论论证卜。动室)布风板尺寸50minx8Omm。随着计算机的发展，计算流体力学研究成为了继理论和实验之后的另一种

3、更新型有效的研究手段。双流体模型在循环流化床数值研究中的应用较其它模型更为广泛，国内外已有不少学者将该模型应用于炉膛、旋风分离器的研究中，但对于返料器的数值研究并不多。本文主要通过应用双流体模型，对冷态工况下某U型阀内的大颗粒气固两相流动进行数值模拟，对回料阀的运行特性进行分析，进而探讨回料阀的烟气反窜及结焦情况。1一立管；2一松动室；3一输送室；4返料斜管1数值计算说明图1U型回料阀结构参数示意图1．1U型回料阀模型描述及网格划分本文模型尺寸参考了夏晓宇等的回料阀模型，图1为该回料阀的结构说明，其中H。为立管料位高度，L。。为溢流堰高度，h为水平孔口高度。通过CF

4、D(ComputationalFluidDynamics，计算流体力学)前处理软件实现对该U型阀的网格划分。得到4万多网格组成的模型如图2所示。整个回料阀在X方向上宽度都是80ram；在Z方向上，整个立管高为400mm，输送室高度为100mm，溢流高度为71．7mm，文献[1]中对于水平孑L图2u型回料阀计算模型与网格图口高度设计的要求(不小于颗粒粒径的10倍)，分收稿日期：2012—03—24作者简介：陈逸(1987一)，男，硕士，主要从事气固两相流方面的研究。学兔兔www.xuetutu.com锅炉技术第43卷1．2初边条件及求解器的设定室处在稳定的移动床状态，

5、颗粒浓度几乎都是对于模型的边界条件，设定斜管出口为压0．6，即堆积状态时的浓度；当该风速提高到力出口(pressure-outlet)；底部流化，松动风入口0．6m／s时，输送室底部开始出现颗粒浓度小为速度入口(velocity-inlet)；立管顶部由于其复于0．4的区域，尽管很少，但可以认为是刚好进杂流动特性，将其对半划分成2个口；一个作为入了临界流化状态；当该风速提高到1．0m／s、颗粒流人的质量入口(mass—inlet)；另一个作为1．3m／s、2．0m／s时，输送室内颗粒浓度小于气体出口的压力出口(pressure-outlet)。表1给0．4的区域开始

6、增大，输送室从鼓泡态逐渐进出了这些边界条件的数值设定。实际情况中，入快速流化状态，而立管始终处在移动床分离器出口接大气，颗粒从分离器出来，受到重状态。力作用而落下，而立管内由于阀体内的充气，必2．2回料阀内动力特性与流化风速关系然会有气体从立管出去，因此立管上方的边界料位高度是影响回料阀正常工作的重要参一。麓。体固既是压力出口边界，又是质量入口边界。由于数，因此首先考察流化风速同料位高度的关系。0采用的CFD软件无法设定这类复杂边界条件，从图3中可以发现，流化风速的增加，料高单做此修改，既能使模拟软件运行下去(尽管这样调下降，这同前人的实验基本一致。的边界可能会有回

7、流)，其模拟的情景同实际情在“达到临界流化风速之前，对于料位高度景也不会有太大差别。的影响很大。但当达到临界流化风速以后，料位变化开始趋于平缓。表1边界条件设定在达到1m／s，接近两倍的临界流化风速边界取值时，料位高度进人平稳阶段。因此可以假设临斜管压力出口／Pa界流化之前，立管压差的变化主要是由立管内立管压力出口／Pa风量变化所引起，而在临界流化后，该风量变化松动风速入口／(m·S-1)不大，因此立管压差变化也不大，料位高度流化风速人口／(m·S)稳定。立管质量入口／(kg·S)初始时刻设定，以布风板为起点算，u型阀内立管料高350mm，输送室料位高度70mm