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喷动床内气固两相流体流动数值模拟

作　者: 黄明辉
导　师: 马晓迅
学　校: 西北大学
专　业: 化学工程
关键词: 喷动床气固双流体模型数值模拟
分类号: TQ019
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

进入21世纪,我国全面建设小康社会,经济保持高速增长,能源需求持续增加,导致我国SO₂排放总量居高不下。粉-粒喷动床半干法烟气脱硫是近年来日本研究人员开发的一种新型半干法脱硫技术。除了用光纤探针、示踪离子、高速摄影等实验技术手段去测量喷动床内颗粒流动行为之外,数值模拟也是一种获得喷动床内气固两相流动行为信息的有用手段。本文采用双流体模型对喷动床内气固两相流体流动行为进行了数值模拟研究。模型中运用颗粒动理学理论描述颗粒相应力封闭流体控制方程,使用曳力模型描述气固相间作用,k—ε湍流模型模拟多相流中的湍流。喷动床内颗粒在浓相区的体积分数很大,考虑颗粒间的摩擦应力作用。压力速度耦合计算使用相耦合SIMPLE算法计算。数值模拟结果表明:喷动床内分喷射区、喷泉区、环隙区三个区域;在喷动形成前,床体局部颗粒有腾涌现象;在射流入口处形成一个瓶颈。模拟计算得到的时间平均颗粒速度和浓度等分布与文献上实验数据进行比较,数值模拟结果与实验结果吻合的较好。最小喷动速度和喷泉高度模拟值与文献上实验值基本相同。考察了Gidaspow模型、Syamlal & O’Brien模型和Arastoopour模型三种曳力模型对喷动床内流体流动模拟的影响,在这三个模型中Gidaspow模型给出的模拟值与实验数据吻合的最好。在环隙区颗粒间摩擦应力对颗粒流动有重要影响。恢复系数对喷动床气固两相的流动行为影响很大,其值的设定一定要以可靠的实验数据为依据。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章绪论  7-25
  1.1 研究背景  7-11
  1.2 喷动床研究综述  11-23
    1.2.1 喷动床概况  11-16
    1.2.2 喷动床中流体流动数值模拟方法与应用  16-23
  1.3 研究目的和研究内容  23-25
    1.3.1 研究目的  23
    1.3.2 研究内容  23-25
第二章喷动床内气固两相流动数学建模与数值方法  25-51
  2.1 基本方程组  25-34
    2.1.1 守恒方程  25-26
    2.1.2 固相应力本构方程  26-32
    2.1.3 气固相间作用  32-34
  2.2 湍流模型  34-39
    2.2.1 湍流的数值模拟方法  34-36
    2.2.2 k-ε分散湍流模型  36-39
  2.3 模型数值求解  39-49
    2.3.1 数值离散方法  39-40
    2.3.2 有限容积法  40-45
    2.3.3 SIMPLE算法  45-49
  2.4 初始条件和边界条件  49-50
    2.4.1 初始条件  49-50
    2.4.2 边界条件  50
  2.5 小结  50-51
第三章喷动床内气固两相流动数值模拟研究  51-76
  3.1 模型求解过程  51-54
    3.1.1 模拟采用的参数  51
    3.1.2 计算网格划分  51-52
    3.1.3 计算设置  52-53
    3.1.4 初始条件和边界条件设定  53-54
  3.2 模拟结果与分析  54-75
    3.2.1 颗粒浓度分布  54-55
    3.2.2 颗粒流场分布  55-56
    3.2.3 最小喷动速度  56
    3.2.4 喷泉高度  56-61
    3.2.5 颗粒速度  61-65
    3.2.6 空隙率  65
    3.2.7 气固曳力分析  65-69
    3.2.8 摩擦应力分析  69-72
    3.2.9 恢复系数分析  72-75
  3.3 小结  75-76
总结与展望  76-78
  4.1 总结  76-77
  4.2 展望  77-78
符号表  78-83
参考文献  83-90
附录  90-93
攻读硕士学位期间取得的科研成果  93-94
致谢  94

喷动床内气固两相流体流动数值模拟

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