加壓高密度循環(huán)流化床氣固流動(dòng)特性的試驗(yàn)及數(shù)值模擬研究.pdf

1、高密度循環(huán)流化床（High-Density Circulating Fluidized Bed，HDCFB）是通過高氣速和高固體通量，在反應(yīng)器內(nèi)獲得高顆粒濃度，從而實(shí)現(xiàn)高效的氣固混合、熱質(zhì)交換和化學(xué)反應(yīng)速率的一種新型氣固循環(huán)流態(tài)化技術(shù)，在煤加壓燃燒、氣化和化學(xué)鏈燃燒等工業(yè)應(yīng)用中顯示出良好的應(yīng)用前景。然而，目前對(duì)其復(fù)雜氣固流體動(dòng)力學(xué)特性的認(rèn)識(shí)尚有不足，尤其是關(guān)于HDCFB在加壓條件下的氣固流動(dòng)特性，至今少有文獻(xiàn)報(bào)道，這在一定程度上限制了其

2、設(shè)備設(shè)計(jì)、優(yōu)化和大型化發(fā)展。本文通過試驗(yàn)和數(shù)值模擬等方式，對(duì)加壓HDCFB復(fù)雜的氣固流動(dòng)特性和放大規(guī)律進(jìn)行研究。主要內(nèi)容及結(jié)論如下:
　　構(gòu)建了由一級(jí)提升管和兩級(jí)立管組成的加壓HDCFB試驗(yàn)裝置，在加壓的條件下實(shí)現(xiàn)了Gledart B類顆粒的高密度循環(huán)流態(tài)化。試驗(yàn)在較寬的操作范圍(Pabs=0.1～0.5MPa,Gs=25～1015kg/m2·s，ug,sta=6～38m/s）內(nèi)揭示了HDCFB提升管的壓降、顆粒濃度、氣固滑移和氣

3、固輸送等重要的流動(dòng)特性隨操作壓力、表觀氣速和固體通量等操作參數(shù)的變化規(guī)律，并建立了這些特征參數(shù)與操作參數(shù)之間的內(nèi)在聯(lián)系。此外，通過引入無量綱表觀氣速ug*對(duì)不同操作壓力下具有相似流動(dòng)結(jié)構(gòu)的操作氣速進(jìn)行表征，揭示了常壓和加壓HDCFB提升管的氣固流動(dòng)結(jié)構(gòu)及其轉(zhuǎn)變規(guī)律，并繪制了流動(dòng)結(jié)構(gòu)相圖。采用功率譜和Shannon信息熵增率等壓力信號(hào)分析方法對(duì)加壓HDCFB復(fù)雜氣固流動(dòng)特性進(jìn)行分析，并建立了信號(hào)特征參數(shù)與氣固流動(dòng)結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系。
　

4、　基于單元內(nèi)源項(xiàng)-顆粒群(MP-PIC)方法，建立了適用于多組分/寬篩分顆粒的加壓稠密氣固流動(dòng)三維歐拉-拉格朗日數(shù)理模型、模型邊界條件和數(shù)值求解方法，并在此基礎(chǔ)上建立了加壓稠密氣固多相流動(dòng)的數(shù)值試驗(yàn)基礎(chǔ)平臺(tái)。對(duì)MP-PIC方法中的網(wǎng)格尺寸、計(jì)算粒子包含顆粒數(shù)np以及兩者之間的配合關(guān)系進(jìn)行了系統(tǒng)地分析。同時(shí)，通過對(duì)核心模型（曳力模型）和模型參數(shù)(顆粒-顆粒碰撞恢復(fù)系數(shù)ep、顆粒-壁面法向碰撞恢復(fù)系數(shù)ewn和顆粒-壁面切向碰撞恢復(fù)系數(shù)ewτ

5、)的敏感性分析，通過試驗(yàn)結(jié)果反推的方法得到了適用于加壓HDCFB最優(yōu)的計(jì)算模型和模型參數(shù)群?；谒⒌臄?shù)值試驗(yàn)平臺(tái)，成功實(shí)現(xiàn)了寬篩分顆粒在加壓HDCFB的提升管、氣固分離器、立管、返料器和返料管之間連續(xù)高通量循環(huán)的三維多相流數(shù)值模擬。
　　在本文所建立的加壓稠密氣固多相流三維全循環(huán)數(shù)值試驗(yàn)平臺(tái)上，基于所獲得的計(jì)算模型和模型參數(shù)群，進(jìn)行了加壓HDCFB的操作壓力、流化風(fēng)速、返料閥充氣量和儲(chǔ)料量等操作參數(shù)放大或外延的數(shù)值試驗(yàn)，通過對(duì)