杂质颗粒对气固流化床流化特性的影响研究.pdf

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1、硕士学位论文杂质颗粒对气固流化床流化特性的影响研究STUDYONTHEEFFECTOFIMPURITYPARTICLESONFLUIDIZATIONCHARACTERISTICSOFGAS-SOLIDFLUIDIZEDBED张文瑞哈尔滨工业大学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杂质颗粒对气固流化床流化特性的影响研究硕士研究生：张文瑞导师：刘国栋副教授申请学位：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26日授予学位单

2、位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TK224U.D.C:621.18DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSTUDYONTHEEFFECTOFIMPURITYPARTICLESONFLUIDIZATIONCHARACTERISTICSOFGAS-SOLIDFLUIDIZEDBEDCandidate：WenruiZhangSupervisor：A.P.GuodongLiuAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeri

3、ngSpeciality：PowerEngineeringAffiliation：SchoolofEnergyScienceandEngineeringthDateofDefence：June,26,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要大量的流化床研究证明，在单组分流化床中添加少量杂质颗粒对流化床流化特性有很大影响。根据在流化过程中杂质颗粒在流化床床层聚集位置的不同，杂质颗粒可分为在床层顶部聚集的上浮颗粒和在床层底部聚集的

4、下沉颗粒。不同类别的杂质颗粒由于在流化床床内的颗粒分布不同，导致对流化床内部气泡大小、颗粒速度分布以及颗粒拟温度等流化特征的影响效果也不一样，因此，深入研究不同类别杂质颗粒对气固流化床流化特性的影响效果对于生产实际具有重要意义。目前用于气固流化床研究的数值模拟方法主要是TFM方法和CFD-DEM方法。这两种方法的不同主要体现在对于固体颗粒相的处理，TFM方法把颗粒相视为具有连续性质的拟流体，而CFD-DEM方法通过追踪流场中每个颗粒的运动得到离散相的信息。基于两种模拟方法的各自特点，TFM方法计算量较小，能够得出床

5、内运动的宏观趋势；CFD-DEM方法计算量较大，能够得到每个颗粒的详细信息，适合于微观颗粒运动机理研究。本文基于TFM方法和CFD-DEM方法分别建立了以GeldartB颗粒为主颗粒和以GeldartD颗粒为主颗粒的双组分气固流化床计算模型，并研究了杂质颗粒种类、杂质颗粒浓度以及入口气速等因素对主颗粒流化特性的影响。研究结果表明，在以GeldartB颗粒为主颗粒的流化床中，添加下沉颗粒的双组分气固流化床相比添加上浮颗粒的流化床有更小的气泡、更好的颗粒流动结构以及床内颗粒脉动更加均匀；在以GeldartD颗粒为主颗粒

6、的流化床中，有无杂质颗粒对床内颗粒速度分布影响不大，但是流化床中添加杂质颗粒会显著提高床内主颗粒的颗粒脉动程度，其中下沉颗粒对床层底部的颗粒脉动提升相比上浮颗粒更有优势。同时在杂质颗粒与主颗粒的混合特性研究中发现，杂质颗粒浓度对双组分颗粒的混合性基本无影响，入口气体速度是影响颗粒混合性的主要因素，入口速度越大颗粒混合性越好。对部分工况同时进行TFM方法和CFD-DEM方法模拟，两种方法的模拟结果在床内颗粒分布、床层高度、双组分颗粒的混合性上能够很好的吻合。关键词：杂质颗粒；颗粒流化特性；TFM方法；CFD-DEM方

7、法；数值模拟-I-AbstractAbstractAlargenumberoffluidizedbedstudieshaveprovedthattheadditionofasmallamountofimpurityparticlesinasinglecomponentfluidizedbedhasagreatinfluenceonfluidizationcharacteristicsoffluidizedbed.Accordingtothedifferentgatherlocationofimpurityparti

8、clesduringfluidizationprocess,impurityparticlescanbedividedintofloatingparticlesaccumulatedatthetopofthebedlayerandsinkingparticlesaccumulatedatthebottomofthebedlayer.Becausediffer