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【6h】

带纵向涡流发生器喷动床内气固两相流动特性三维数值模拟

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摘要

第一章 绪论

1.1 喷动床概述

1.1.1 喷动床的分类

1.1.2 喷动床的主要应用领域

1.1.3 喷动床的流体力学特性

1.2 纵向涡发生器概述

1.2.1 纵向涡发生器的作用机理

1.2.2 纵向涡发生器的应用与发展

1.3 数值模拟的方法与应用

1.3.1 两相流主要模拟方法及其优缺点

1.3.2 喷动床数值模拟的应用与发展

1.3.3 基本守恒方程

1.4 研究目的及内容

第二章 纵向涡发生器对喷动床内气固流动的影响

2.1 模拟与实验的校核对比

2.1.1 数值模拟的的网格划分及边界条件设置

2.1.2 模拟结果及讨论

2.2 纵向涡发生器的加入对床内气固流动的影响

2.2.1 数值模拟的网格划分及边界条件设置

2.2.2 模拟结果与分析

2.3 本章小结

第三章 纵向涡发生器内小球间距对气固流动的影响

3.1 数值模拟

3.1.1 模型建立及网格划分

3.1.2 模拟与实验参数

3.1.3 初始及边界条件设置

3.2 模拟结果与讨论

3.2.1 床内颗粒浓度分布

3.2.2 床内颗粒速度分析

3.2.3 床内颗粒拟温度变化分析

3.2.4 床内气体湍动能变化分析

3.3 本章小结

第四章 纵向涡发生器内小球半径对气固流动的影响

4.1 数值模拟

4.1.1 模型建立及网格划分

4.1.2 模拟参数设置

4.1.3 初始及边界条件设置

4.2 模拟结果与讨论

4.2.1 床内颗粒浓度分布

4.2.2 床内颗粒速度分析

4.2.4 床内颗粒拟温度变化分析

4.2.5 床内气体湍动能变化分析

4.3 本章小结

第五章 扰流元件形状对气固流动的影响

5.1 数值模拟

5.1.1 模型建立及网格划分

5.1.2 模拟与实验参数

5.1.3 初始及边界条件设置

5.2 模拟结果与讨论

5.2.1 床内颗粒浓度分布

5.2.2 床内颗粒速度分析

5.2.3 床层内压降分析

5.2.4 床内颗粒拟温度变化分析

5.2.5 床内气体湍动能变化分析

5.3 本章小结

第六章 扰流元件对数对气固流动的影响

6.1 数值模拟

6.1.1 模型建立及网格划分

6.1.2 模拟参数设置

6.1.3 初始以及边界条件设置

6.2 模拟结果与讨论

6.2.1 床内颗粒浓度分布

6.2.2 床内颗粒速度分析

6.2.3 床层内压降分析

6.2.4 床内颗粒拟温度变化分析

6.2.5 床内气体湍动能变化分析

6.3 本章小结

结论与展望

参考文献

符号表

攻读硕士学位期间取得的科研成果

致谢

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摘要

在21世纪的今天,喷动床的应用已经越来越广泛,被用于颗粒粉碎、干燥、化学反应、涂层、热解等各个方面。越来越多的各国研究学者也都致力于研究喷动床内气固流动的规律以及各种模拟参数、模型设置等对床内气固流动的影响。但大多数的研究都仅基于几种常见的传统喷动床,很少有学者将纵向涡发生器与喷动床联系到一起进行研究。众所周知,喷动床内的主要反应区域处于环隙区,而环隙区因为颗粒浓度大,颗粒的运动速度很小,颗粒的横向运动微弱,严重影响了喷动床的处理效率。纵向涡发生器最初被用于改善换热,本文将纵向涡发生器加入喷动床中,希望能够促进环隙区颗粒的横向运动。
  本文对加入了纵向涡发生器喷动床内气固两相流进行模拟研究,开始选用一对小球作为扰流元件,通过改变扰流元件尺寸来探究床内流体的流动规律。首先研究不同球体间距对颗粒流动的影响,结果表明,随着球体间距减小,扰流元件对床内颗粒的扰流作用增强,环隙区颗粒径向速度、颗粒拟温度、气体湍动能均增大。随后研究球体半径对颗粒流动的影响,结果表明,随着球体半径增加,颗粒拟温度增大,但环隙区的颗粒速度出现减小,喷泉高度降低。
  进一步对纵向涡发生器的形状进行研究,分别选取一对小球、一对圆柱及一对圆锥进行研究。探究扰流元件形状对纵向涡发生器效应的影响。结果发现,柱体扰流元件对轴中心颗粒的运动阻力最大,但对颗粒的扰动也最明显,因此环隙区颗粒速度、颗粒拟温度及气体湍动能均出现增大。
  在扰流元件球体的基础上进一步对小球的对数进行研究,分别研究了球体对数为一对、两对、三对时床内颗粒的流动情况。通过模拟发现,随小球对数的增加,颗粒的喷泉高度逐渐降低;当床高z≤0.2m时,扰流元件为一对小球颗粒径向速度最大,当床高z=0.23m处,扰流元件为三对小球时颗粒径向速度最大;扰流元件为三对小球时颗粒拟温度最大,气体湍动能最大。

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