探析多相流循环流化床内流动的理论和实验研究

《探析多相流循环流化床内流动的理论和实验研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、天津大学博士学位论文多相流循环流化床内流动的理论和实验研究姓名：张利斌申请学位级别：博士专业：化学工程指导教师：李修伦1999.6.1天津大学博士学位论文摘要多相流循环流化床是流态化领域新的操作模式，具有广泛的应用前景。本文从实验、理论及数值模拟三方面对液固循环流化床和气液固循环流化床内的流动进行了研究，主要目的是建立能够准确描述床内局部流动的数学模型，为这类流化床预测设计及放大、优化模拟与控制，提供基本的实验、理论依据与方法。(论文共分以下几个部分：首先j分析归纳了多相流流动研究的基本问题及研究现状，提出多相流流体力学模拟是循环流化床研究和模拟设计及放大的新方法。基于对

2、多相流流动模拟计算的认识，提出了利用粒子分散的特点对两种循环流化床模拟计算的新思路。其次，概述了多相流计算流体力学所涉及的基本数学物理问题、理论模型、数值方法及常用的数值求解算法等。并以PSIC和IPSA算法为基础，首次提出了新的三相流流场计算的数值求解方法，解决了三相耦合问题。据此，开发并编制了可实现二维单相、液固两相和气液固三相循环流化床内流场的模拟计算程序。第三，利用PIV测量技术，在直径为O．2m的二维冷模循环流化床中测定了不同工况下稳态流场的流动状况。首次利用PIV测量技术测定了液固两相和气液固三相流中液相的湍流动能分布，为研究各种工况下湍流动能分布的影响因素提

3、供了测量手段，也为验证模拟计算结果和实验结果提供一个新的途径。第四，研究了液固循环流化床内液固两相的流动特性。建立了完整的新的液固循环流化床两相流动计算模型。模型中不仅考虑了固体粒子作为分散相对液体流动的阻力作用，而且首次提出了固体颗粒湍流动能生成项的概念，修正了液固两相流流动的湍流动能k和湍流动能耗散率占的输运方程。除了对模型方程的改进，本文还对边界条件进行了改进。利用所建立的液固循环流化床模型，文中考察了各种工况条件对流化床内流动的影响。计算结果表明，本文建立的模型能够准确模拟出床内旋涡和固体粒子不均匀分布的现象。验证了实验中发现的以下结论：液流强度较小时，在床中形成

4、两个近似对称的小旋涡；而液流强度进一步增加时，则在床中形成一个大旋涡和两个小的旋涡；流速进一步增加，床内流型基本保持不变。而固体粒子加入量的变化，则对床内流型影响不大。同时还发现：液流强度的增加，使床中粒子含率不均匀分布加剧。而粒子加入量的增加，显著增加了床内固含率，但床内固含率不均匀分布的特性没有改变。考察了所建模型中固体颗粒湍流动能生成项对液相湍流动能的影响，计算天津大学博士学位论文结果表明：粒子湍流动能生成项对液相湍流的计算影响很大，显著影响了模型计算的精度。同时，与单相湍流动能计算结果的比较发现：固体粒子的存在，显著地增加了液相的湍流动能。第五部分，针对气液固循环

5、流化床中三相湍流流动过程，分析归纳了已有的三相流动模型，提出了新的三相流流动模型。与已有模型不同的是，模型中没有将固相粒子看成拟均相或流体，而是充分考虑了粒子分散相的特点，利用气液双流体模型和粒子分散单元模型(DEIVl)，首次建立了一个全新的欧拉／欧拉／拉格朗日模型．根据粒子在三相流动中的受力情况，提出了粒子运动方程；给出了粒子与气液两相动量方程的耦合关系和受固体颗粒影响的气液相之间的耦合关系；提出了适用于本文模型的新的计算方法和技巧。模型中不仅考虑了气泡引入的湍流作用对湍流动能k和湍流动能耗散率占输运方程的影响，而且还考虑了固体颗粒湍流动能生成项。应用本文提出的模型，

6、对气液固循环流化床内，不同操作条件下的流动进行了数值模拟，并与实验结果进行了比较。结果表明：(1)模型计算与实验结果基本吻合，尤其对同相粒子浓度分布的不均匀性的模拟，表明本模型可用于循环流化床内复杂的三相流流动计算；(2)床内液相湍流动能分布呈不均匀分布；(3)在实验范围内，液流强度对床内气相和液相流场的影响占主要地位。在不同的液流强度下，床内液相流场流型基本相同；同时还发现在不同液流强度下，气含率和固含率在床内都呈不均匀分布；(4)气相流速的增加，显著地增加了气相和液相流场的速度，使气相流场和液相流场呈现相似的流型分布。同时，气相流速的增加，床憾气含率也明显增大；而固含

7、率则变化不大。但它们在床内都呈不均匀分布状态。＼＼J关键词：循环流化床，流体力学模型，DEM模型．PIV，液固两相流，气液固三相流，气固两相流，气液两相流天津大学博士学位论文ABSTRACTMulti-phaseflowcirculatingfiuidizadbedsarcthenewtypedevicesusedinchemicalindustry．Thispaperstudiestheirflowbyexperimental，theoreticalendcomputationalapproaches．Theaimsofth