双组分黏性颗粒--颗粒间曳力模型的流化床流动特性研究

来源 :哈尔滨理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lzbenz
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流化床因具有物料掺混性强、燃料适应性广等特点被广泛应用在诸多工业领域中。现有研究成果表明,在流化床中添加一定量超细颗粒可以有效降低颗粒间的磨擦损耗,起到润滑作用,从而在一定程度上能改善气固混合的均匀程度,然而添加过量的超细颗粒将会导致颗粒聚团的形成、降低流化质量,因此研究添加超细颗粒后的双组分颗粒混合流动特性,对提高工业生产效率、产品品质有着重要意义。
  本文以双流体模型为框架,基于黏性颗粒动理学理论,考虑颗粒表面能对碰撞过程所造成的影响,将黏性颗粒曳力模型引入到描述添加超细颗粒的双组分流化过程中,耦合群体平衡模型(Population Blance Model),采用矩积分方法求解颗粒聚团间动量与能量的传递和耗散,实现对颗粒聚并、破碎过程的描述,准确预测了床层内双组分颗粒流动过程。
  基于双组分黏性颗粒相间曳力模型,本文模拟研究了鼓泡床内颗粒流动特性,数值模拟所得到的数据变化规律与Nakazato等人的实验数据吻合较好。模拟结果给出了流动过程中床层压降、床层膨胀高度、拟颗粒温度、气相压力及湍动能等参数分布规律,并对各项参数进行了分析研究。同时,得到了体积分数与速度矢量分布云图随时间的变化规律,总结了颗粒流动过程中不同质量分数超细颗粒的影响规律、在不同床层高度下颗粒的分布特性和不同超细颗粒表面能所产生的变化。研究表明,拟颗粒温度平均值随超细颗粒质量分数的增加而升高。随着颗粒表面能的增加,颗粒聚团发生破碎所需要的能量随之增加并且体积分数有所提高,同时颗粒轴向速度将会降低。
  基于双组分黏性颗粒相间曳力模型,本文模拟研究了循环流化床提升管内双组分颗粒的流动特性,与Li等人的实验结果对比,模拟误差在允许范围内。模拟比较了不同曳力模型对颗粒流动过程的影响,得到了颗粒夹带率、曳力系数、体积分数等参数变化特性。分析了超细颗粒的存在对流动过程所造成的影响,并着重研究了不同质量分数的超细颗粒对床层膨胀高度、床层塌落及床层压降的影响,同时总结了不同床层高度下颗粒体积分数、轴向速度的分布特点。研究表明,床层膨胀高度随超细质量分数的增加而升高,床层回落高度随之降低。当质量分数高于6.25%时,变化梯度有所降低,与此同时当颗粒具有的黏性力越大时,对应的拟颗粒温度数值越高。
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