整体式多喷嘴喷动—流化床内气固两相流体流动规律数值模拟

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1、分类号：TQ051.1学校代码：10697密级：公开学号：201531557专业学位硕士论文SPECIALIZEDMASTER’SDISSERTATION整体式多喷嘴喷动-流化床内气-固两相流动规律数值模拟学科名称：化学工程作者：张旋指导老师:吴峰教授党土利高工西北大学学位评定委员会二○一八年六月INumericalSimulationofGas-solidTwo-phaseFlowinANovelIntegralMulti-nozzleSpout-fluidizedBedAthesissubmittedtoNorthwestUniversityinpartialfulfillmentoft

2、herequirementsforthedegreeofMasterinChemicalEngineeringByZhangXuanSupervisor:WuFengProfessorDangTuliSeniorEngineerJune2018摘要本文提出了一种整体式多喷嘴喷动-流化床结构，在不需要旁路供气辅助设备情况下，能有效消除喷动床内锥体流动死区，强化喷动床内气-固相间传递过程，从而使得喷动床内气-固两相流体流动实现整体优化。以气-固两相流体动力学为基础，采用欧拉双流体模型(TFM)对一种整体式多喷嘴喷动-流化床内气-固两相流动特性进行了数值模拟。通过CFD数值模拟获得床内颗粒速度及浓

3、度的分布情况。数值模拟结果表明：整体式多喷嘴喷动-流化床内喷动状态在计算时间大于5s时，床内气-固两相流体流动结构达到稳定，形成稳定的类似波节状云图。相比于常规柱锥喷动床，整体式多喷嘴喷动-流化床不仅能够在床体圆锥处产生颗粒局部流化效果，有效消除颗粒流动死区，强化喷动床内喷射区及环隙区内气体、颗粒的两相混合与运动，而且能够省略旁路供气辅助设备。研究分析了不同侧缝数量与开缝宽度等关键参数对多喷嘴-喷动流化床内气-固两相流动的影响规律。研究结果表明：保持侧缝宽度为3mm，无量纲缝隙宽度δ/Di=0.125时。综合颗粒体积分数、颗粒速度的径向分布规律以及均匀性评价指标相对标准偏差角度分析，得出开缝

4、数量为4时，颗粒速度流场均匀度最好，表现出最佳的颗粒分布状态。多喷嘴喷动-流化床的主喷嘴直径设定为24mm，当侧缝数量为4条件下，无量纲缝隙宽度δ/Di=0.208(宽度为5mm)时，环隙区颗粒整体体积分数及颗粒速度沿径向最为均匀，表现出最佳的颗粒分布状态环隙区颗粒整体体积分数沿径向最为均匀，表现出最佳的颗粒分布状态。研究分析了颗粒处理量，即颗粒填充高度对多喷嘴-喷动流化床内气-固两相流动的影响规律。计算结果表明：颗粒体积分数在气体入射喷嘴处最小，随着径向距离的增大先增大后减小，h=0.325m时床层内沿径向分布的颗粒体积分数最小，相对标准偏差CV值也最小，说明其颗粒速度流场均匀度最高，床内

5、颗粒处理量最佳，床层能得到最有效利用。关键词：多喷嘴喷动-流化床，气-固两相流动，CFD数值模拟，结构优化IAbstractInthispaper,akindofintegralmulti-nozzlespout-fluidizedbedstructureispresented,withouttheneedofbypasssupplyauxiliaryequipment,itcaneffectivelyeliminatetheconeflowdeadzoneinthespoutedbed,strengthenthegas-solidphasetransferprocessinthespout

6、edbed,andmakethegas-solidtwo-phaseflowstateinthespoutedbedoptimized.Onthebasisofgas-solidtwo-phasefluiddynamics,anEulerdual-fluidmodel(TFM)wasusedtosimulatethegas-solidtwo-phaseflowinanintegralmulti-nozzlespout-fluidizedbed.Thedistributionofparticlevelocityandconcentrationinthebedwasobtainedbynumer

7、icalsimulation.Thenumericalsimulationresultsshowthatthegas-solidtwo-phaseflowinthewholemulti-nozzlespout-fluidizedbedismorestablethanthatof5s,andastablewave-likesectioncloudisformed.Comparedwiththeconventio