气固鼓泡流化床竖直换热管壁面流动传热耦合机理的CPFD模拟

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1、中图分类号：TQ021.3单位代码：11414学号：2013213025题目气固鼓泡流化床竖直换热管壁面流动传热耦合机理的CPFD模拟学科专业化工过程机械研究方向燃烧、传热设备过程数值模拟及工业过程节能技术流动传热jili吉利的移动床气固硕士生魏庆两相流动特性指导教师张永民研究员入学时间：2013年9月论文完成时间：2016年5月硕士学位论文独创性声明，独立进行研宄工作郑重声明：本硕士学位论文是作者个人在导师的指导下所取得的成果，论文中不包含其他。除了文中特别加以标注和致谢的地方外个人和集体已经发表或撰写的研宄成果，也不包含为获得中国石油大学或者其它单位的学位或证书所使用

2、过的材料，。对本研究做出贡献的个人和集体均己在论文中做了明确的说明并表示了谢意。作者和导师完全意ｉ只到本声明产生的法律后果并承担相应责任。作者签名：獻日期：导师签名：日期：硕士学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解中国石油大学（北京）学位论文版权使用的有关规定：，使用方式包括但不限于学校有权保留并向有关部门和机构送交学位论文的复印件和电子版；允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文；可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索。本学位论文属于

3、保密范围，，保密期限ｉ年解密后适用本授权书。本学位论文作者如需公开出版学位论文的部分或全部内容，必须征得导师书面同意一，且须以中国石油大学（北京）为第署名单位。作者签名：敏＾日期：⑴‘丨＞导师签名日期：Ｉ：－－Ｉ－—１ｎ摘要摘要近年来，随着炼油厂催化裂化（FCC）工艺加工原料的重质化和劣质化，装置生焦量不断增加，导致系统的热量出现不平衡，而外取热技术作为一种有效的调节系统热平衡的手段，在重油催化裂化装置中得到广泛应用。目前对外取热器的研究主要集中在对取热器结构的改进上，对取热器内两相流动行为与传热之间的关系缺乏本质上深刻的认识，这大大制约了

4、取热器的开发和性能的优化。本文即在前期实验研究的基础上，针对A类颗粒气固鼓泡床中床料与竖直传热管壁面间的传热行为，利用计算颗粒流体力学方法（CPFD），从颗粒在传热壁面更新的角度出发，首先深入研究了传热特性与壁面气固流动行为之间的关联性。然后，又系统地模拟了不同操作气速下流化床内床层与壁面间传热系数的轴径向分布以及局部传热系数沿加热管壁面周向的分布规律，并和前期实验结果进行了系统的对比。结果表明，竖直管气固鼓泡床内传热系数沿径向呈中心高边壁低的分布特征，而颗粒团分率和平均停留时间则呈中心低边壁高的分布特征；随着表观气速的增大，传热系数逐渐增大，颗粒团分率和平均停留时间均不断降低；传热系数

5、和颗粒团参数沿轴向高度的分布基本不发生改变。基于颗粒团更新模型可知，颗粒在传热表面的更新，即颗粒团平均停留时间，是影响传热过程的主导因素。除此之外，模拟得到的加热管表面颗粒更新通量随气速和加热管径向位置的变化规律与对应的传热系数的变化规律是一致的，且它们之间存在正相关性，这也进一步验证了颗粒团更新对传热过程起主导作用。随着加热管从床层中心向床层边壁的移动，加热管周向方向上颗粒更新通量和传热系数的均匀性都变差。随着表观气速的增大，气泡运动导致的床层颗粒内循环流率增大，这是导致颗粒团在加热管壁面上的更新频率增大以及床层与壁面间传热系数增大的根源。最后，还发现模拟得到的传热系数随表观气速的变化

6、趋势及传热系数的轴径向分布趋势与实验结果吻合良好，但在数值上均小于实验值，其原因是本研究采用的Barracuda软件内置的传热模型采用的颗粒相对流传热系数的经验公式是基于大颗粒流化床体系建立的，而非本研究采用的细颗粒流化床。关键词：鼓泡流化床；传热；计算颗粒流体力学（CPFD）；气固流动特性；床层与壁面-II-ABSTRACTCPFDSimulationontheCouplingMechanismBetweenHeatTransferandSurfaceHydrodynamicsonaVerticalTubeImmersedinaGas-SolidsBubblingFluidizedBe

7、dABSTRACTInrecentyears,asfeedstockbecomesmoreheavierandinferiorinfluidcatalyticcracking(FCC)processesinpetroleumrefineries,cokeyieldincreases,whichleadstoheatimbalanceofthesystem.Externalcatalystcoolercanremovethesuper