基于广义弹性模量的普适气固曳力模型的研究

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1、硕士学位论文基于广义弹性模量的普适气固曳力模型的研究STUDYONAGENERALGAS-SOLIDDRAGMODELBASEDONGENERALIZEDELASTICMODULUS王秋进哈尔滨工业大学2018年6月中图分类号：TK224学校代码：10213UDC：621.18密级：公开工程硕士学位论文基于广义弹性模量的普适气固曳力模型的研究硕士研究生：王秋进导师：陆慧林教授申请学位：工程硕士学科：动力工程所在单位：能源科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:：TK224UDC：621.18D

2、issertationfortheMasterDegreeinEngineeringSTUDYONAGENERALGAS-SOLIDDRAGMODELBASEDONGENERALIZEDELASTICMODULUSCandidate：WangQiuJinSupervisor：Prof.LuHuiLinAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：PowerEngineeringSchoolofEnergyScienceandAffiliation：EngineeringDateofDef

3、ence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要循环流化床内气固两相流系统表现为气体与分散颗粒组成的稀相和气体与颗粒聚团组成的密相共存，属于典型的非均匀非线性系统，而颗粒聚团的存在及其一系列生成、长大、破裂的动态过程对流化床的流动传热过程有着重大影响。因此深入认识研究两相流机理对其工业应用有极其重要的意义。在当前的气固两相流数值模拟研究中，欧拉-欧拉双流体模型因其计算效率较高，网格适应性更强，从而被广泛应用于工业尺度的模拟研究中，但由于其基于颗粒连续

4、性假设，采用气固相间曳力模型描述气固相间的相互作用和动量交换，结果的准确性很大程度上依赖于相间曳力模型的准确与否。大量研究结果表明，高质量流率气固两相流系统中颗粒总是倾向于聚集成团以抵御气体的夹带，这种非均匀结构的存在会对气固相间曳力产生较大的影响，近年来发展起来的多尺度能量耗散最小理论通过对非均匀系统进行多尺度划分并采用多尺度能耗趋于最小的稳定极值条件来封闭方程组，求解出气固相间曳力系数，能有效的描述非均匀曳力的典型特征，成为当前研究非均匀曳力的热点。本文基于双流体模型和多尺度能量耗散最小理论，考虑高质量流率下颗粒间碰撞作用的影响，选取了两个不同的

5、广义弹性模量经验公式，通过引入由固相广义弹性模量函数描述的固相压力项来表征颗粒间碰撞所产生的动量传递效应，并在多尺度能量耗散分析中引入稀、密相颗粒碰撞耗散项来考虑颗粒间由于非弹性碰撞所产生的能量耗散效应，最终建立起了基于广义弹性模量的普适气固曳力模型。使用所建立的曳力模型，对提升管内流动特性进行模拟，通过与实验及Gidaspow曳力模型相对照，结果较好的反映出了管内颗粒浓度沿轴向的S型分布以及沿径向的非均匀特征，验证了所建立模型的准确性，同时获得了聚团结构的瞬时特性及时均状态参数，揭示了聚团直径与局部颗粒浓度的关系，颗粒浓度过高或过低都会抑制聚团直径

6、的增大，并详细比较了两个不同固相广义弹性模量经验关联式的差异，其中曳力模型1更准确的描述了流场内由于颗粒浓度的增大及颗粒聚团效应的增强而产生的颗粒碰撞加剧的现象，反映为颗粒碰撞能耗的增大。其次通过构建二维完整循环流化床，模拟分析了不同工况下的流动及聚团特性，并与实验值进行比较，结果显示三个工况下聚团直径及生成频率均表现为中心区域低沿径向逐渐增大，且随着质量流率的增加聚团直径及生成频率也相对增大，2其中Gkgms77/()时预测值与实验值最接近。同时通过多尺度能耗分析，揭示S了网格内在不同控制机制作用下的聚团结构的生成机理。最后使用定壁温条件分析研究

7、考虑聚团结构时管内换热特性，模拟比较了使用曳力模型1及Gidaspow曳I摘要力模型时管内温度场的分布，结果表明考虑了聚团结构的曳力模型1所得的温度场分布无论在径向及轴向上均比Gidaspow模型更均匀，同时壁面处聚团的剧烈运动加速了贴壁高温颗粒与周围低温颗粒的更新，保持了颗粒与壁面间存在较大的传热温差。关键词：气固两相流；非均匀曳力；多尺度能量耗散；颗粒碰撞；广义弹性模量IIAbstractAbstractThegas-solidtwo-phaseflowsysteminacirculatingfluidizedbedischaracterized

8、bythedilutephasecomposedofgasanddispersedparticlesandt