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固体热载体气力输送的数值模拟

作　者: 韩彦杰
导　师: 何屏
学　校: 昆明理工大学
专　业: 热能工程
关键词: 固体热载体气力输送气固两相流动数值模拟
分类号: TQ546
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 53次
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内容摘要

煤碳气化是煤炭洁净、高效利用的主要途径之一,也是许多能源高新技术的关键技术与重要环节。将煤碳的气化和燃烧过程分别在不同的装置中进行,同时煤炭气化过程中不与空气直接接触,从而避免气化生成气被氮气以及燃烧过程中生成的二氧化碳稀释,进而提高煤气的热值,这种气化方式被称为固体热载体气化技术,且气化所需热量的产生和输送是该气化技术的关键。固体热载体气化技术采用气力输送的方式将褐煤气化后的半焦以密相形式经提升管加热自身并输送到气化器内,为气化器内煤气化反应提供热量。对于密相悬浮气力输送的研究大多是基于实验研究,由于实验条件的限制,难以得到气固两相的流动细节。随着计算流体力学应用与发展,运用计算机模拟技术可以得到气力输送过程中气固两相的流场信息,并可以在较短时间内对设计方案中的参数进行调整,从而对实际的生产过程进行指导。本文以固体热载体气化技术中的竖直提升管为研究对象,采用大型商业软件FLUENT,对气化半焦在提升管内的气力输送进行了数值模拟。模拟所采用的模型是基于颗粒动力学理论而建立的双流体模型,该模型考虑了气固两相的相互作用,颗粒间的相互碰撞以及颗粒与壁面的碰撞作用。通过对不同输送空气速度和不同密度颗粒在竖直提升管内的流动情况进行数值模拟,得到了输送过程中气固的速度和浓度分布,以及压力损失的模拟结果。对不同输送空气速度的模拟结果显示输送管道中的环核结构随空气的速度增大而越加明显,同时在颗粒相入口上方出现了回流区,且该回流区会随着输送气速的增大而逐渐变小；对不同密度颗粒的模拟结果显示颗粒的密度越大管道内的静压降越大,即输送所耗的能量越多,同时颗粒的密度越大,颗粒相在入口附近的浓度分布也越均匀。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-14
  1.1 课题的研究背景  8-11
    1.1.1 我国的能源现状  8-9
    1.1.2 煤炭部分气化  9-10
    1.1.3 煤炭部分汽化技术的应用  10-11
  1.2 本文研究意义和内容  11-14
    1.2.1 研究意义  11-12
    1.2.2 研究内容  12-14
第二章气力输送技术及其应用  14-23
  2.1 气力输送  14
  2.2 气力输送的发展与应用  14-15
  2.3 气力输送的分类  15-16
    2.3.1 按照输送装置分类  15-16
    2.3.2 按照输送浓度分类  16
  2.4 气力输送在管内的流型  16-19
    2.4.1 竖直管道内流型  16-18
    2.4.2 水平管内的流型  18-19
  2.5 气力输送的特点  19-20
    2.5.1 气力输送的优点  19
    2.5.2 气力输送的缺点  19-20
  2.6 气力输送的研究现状  20-22
    2.6.1 实验研究现状  20-21
    2.6.2 数值研究现状  21-22
  2.7 本章小结  22-23
第三章气力输送中气固两相流的数值模型  23-41
  3.1 气力输送中气固两相流的基本理论  24-30
    3.1.1 气固两相流中的流动特性参数  24-26
    3.1.2 气固两相流中颗粒的受力分析  26-30
  3.2 气力输送中两相流的数值计算模型  30-36
    3.2.1 颗粒轨道模型  31-32
    3.2.2 双流体模型  32-35
    3.2.3 气力输送数学模型的简化假设  35-36
  3.3 密相气力输送的气固两相流数学模型的选取  36-40
  3.4 本章小结  40-41
第四章气力输送的数值模拟与结果分析  41-65
  4.1 FLUENT软件及其应用  41-42
  4.2 几何模型的建立与网格划分  42-43
  4.3 气固两相的物性参数  43-44
  4.4 FLUENT求解过程  44-53
    4.4.1 读入网格及网格检查  44-45
    4.4.2 FLUENT求解器的选择及边界条件的设定  45-52
    4.4.3 求解控制与数值计算  52-53
  4.5 气力输送数值模拟的结果与分析  53-64
    4.5.1 输送空气速度为15m/s时的模拟结果  53-58
    4.5.2 不同输送速度的模拟结果  58-61
    4.5.3 固体物料密度对气固流动特性的影响  61-64
  4.6 本章小结  64-65
第五章结论与展望  65-67
  5.1 结论  65-66
  5.2 展望  66-67
致谢  67-68
参考文献  68-72
附录 (攻读学位期间发表论文及科研情况)  72

固体热载体气力输送的数值模拟

内容摘要

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