基于雙重網(wǎng)格的流化床內(nèi)流動(dòng)與傳熱特性的數(shù)值模擬.pdf

1、流化床以其燃料適應(yīng)性廣、環(huán)保性能優(yōu)越、制備系統(tǒng)簡單等諸多優(yōu)點(diǎn)被廣泛地應(yīng)用于各工業(yè)領(lǐng)域。然而由于流化過程的復(fù)雜性和床內(nèi)兩相間作用的復(fù)雜性使人們對流化床的微觀反應(yīng)過程尚未充分了解。近年來，隨著數(shù)值模擬的發(fā)展不斷加快，數(shù)值模擬方法對稠密氣固兩相流系統(tǒng)預(yù)測的精確度也在不斷提高。
　　本文將計(jì)算流體力學(xué)與離散單元法(CFD-DEM)分別應(yīng)用于氣相與固相的數(shù)值計(jì)算，采用 Fortran語言進(jìn)行編程計(jì)算，并在已有基礎(chǔ)上開展了對氣固兩相雙重網(wǎng)格程

2、序的開發(fā)與優(yōu)化，對流化床中的氣固兩相流動(dòng)與傳蓄熱特性展開了研究。
　　首先，建立了一種雙重網(wǎng)格模型，粗網(wǎng)格用于顆粒相計(jì)算，細(xì)網(wǎng)格用于氣相計(jì)算，并在同一時(shí)刻進(jìn)行網(wǎng)格間數(shù)據(jù)傳遞以實(shí)現(xiàn)相間動(dòng)量和能量交換。采用單一粗網(wǎng)格、單一細(xì)網(wǎng)格和雙重網(wǎng)格三種網(wǎng)格模型得到床內(nèi)空隙率、顆粒流動(dòng)序列圖、顆粒速度及氣體速度分布等，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比驗(yàn)證。結(jié)果表明：雙重網(wǎng)格模型既滿足氣相計(jì)算對細(xì)網(wǎng)格高空間分辨率的要求，又遵循固相及空隙率計(jì)算時(shí)要求網(wǎng)格各方向尺

3、寸均大于3倍顆粒直徑的理論體系要求，在提高計(jì)算精度的同時(shí)，計(jì)算量增加并不多，從而有效解決CFD-DEM耦合計(jì)算中對物理量計(jì)算尺度要求的矛盾性。
　　其次，在雙重網(wǎng)格程序基礎(chǔ)上對氣固兩相流動(dòng)特性進(jìn)行了研究，引入混合指數(shù)對顆?；旌腺|(zhì)量進(jìn)行定量分析。得到了顆粒流動(dòng)序列圖、床層高度變化圖、顆粒軸向及徑向混合序列圖、不同參數(shù)下的整床顆?；旌现笖?shù)分布等。結(jié)果表明：隨著氣速或粒徑變大，床層膨脹高度隨之增大，但兩者之間不呈線性關(guān)系；床層中顆?；旌?/p>

4、進(jìn)程受顆粒內(nèi)循環(huán)能力和顆粒擴(kuò)散能力的綜合作用；改變進(jìn)口氣速、顆粒彈性系數(shù)或噴口數(shù)量，不僅影響著顆?；旌纤俣?，還會(huì)造成全床顆?；旌腺|(zhì)量的改變。
　　最后，建立了顆粒-顆粒（壁面）間碰撞傳熱、顆粒-氣體間對流傳熱、顆粒-床層間輻射傳熱，同時(shí)考慮壁面溫度變化的氣固兩相傳熱模型，分析了流化床內(nèi)氣固兩相傳熱特性及蓄熱特性。結(jié)果表明：隨著顆粒內(nèi)循環(huán)運(yùn)動(dòng)的不斷深入，顆粒間碰撞傳熱系數(shù)、氣固間對流傳熱系數(shù)及顆粒與床層間輻射傳熱系數(shù)分別在某一數(shù)值處