噴動(dòng)床內(nèi)干濕顆粒流動(dòng)和傳熱特性的數(shù)值模擬
發(fā)布時(shí)間：2020-12-04 23:46
氣固噴動(dòng)床由于其優(yōu)良的傳熱傳質(zhì)效果被廣泛的應(yīng)用于高效燃燒、制藥涂層、顆粒造粒等工業(yè)生產(chǎn)中。目前,學(xué)者對(duì)于噴動(dòng)床內(nèi)稠密氣固兩相流動(dòng)中強(qiáng)烈的多尺度非線性的相間作用機(jī)理的尚未完全了解。近年來,隨著計(jì)算機(jī)水平以及數(shù)值模擬技術(shù)的不斷發(fā)展,采用數(shù)值模擬方法對(duì)稠密氣固兩相流系統(tǒng)模擬愈加高效與精確。本文采用計(jì)算流體力學(xué)與離散單元法相結(jié)合的方法（CFD-DEM）求解三維氣相與固相的運(yùn)動(dòng)方程,采用Fortran語言進(jìn)行編程計(jì)算。并引入了液橋力,分別對(duì)包含干、濕顆粒的噴動(dòng)床內(nèi)的氣固兩相流動(dòng)與傳熱特性進(jìn)行數(shù)值模擬研究。首先采用自主編譯的程序?qū)妱?dòng)床內(nèi)兩相流動(dòng)特性進(jìn)行了模擬,在此基礎(chǔ)之上,對(duì)床內(nèi)顆粒的混合特性及其影響因素進(jìn)行了研究,并利用Lacey指數(shù)定量分析了床內(nèi)顆�；旌蠒r(shí)的進(jìn)程,模擬得到了顆粒混合序列圖、氣體和顆粒速度分布、顆粒運(yùn)動(dòng)矢量圖、床內(nèi)顆粒能量隨時(shí)間變化圖、顆粒整床以及各特定區(qū)域混合指數(shù)隨時(shí)間的變化、顆粒物性變化時(shí)整床顆�；旌现笖�(shù)分布。結(jié)果表明:床內(nèi)顆粒所蘊(yùn)含的能量主要為重力勢能;氣固兩相速度分布趨勢相近,但數(shù)值相差較大;除環(huán)隙區(qū)外,不同尺寸的顆粒速度大小相近;顆粒在環(huán)隙區(qū)的混合對(duì)整床顆�；旌嫌休^大...
【文章來源】：華北電力大學(xué)河北省 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：71 頁
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
顆粒初始位置
0.0 0.1a.模擬結(jié)果 b.實(shí)驗(yàn)結(jié)果 c.模擬矢量圖 d. PIV 實(shí)驗(yàn)矢量圖圖 3-4 模擬和實(shí)驗(yàn)對(duì)比證程序的正確性，本文首先模擬了表觀氣速為 2.33 m·s-1時(shí)，球型顆粒的流動(dòng)狀態(tài)。并拍攝了相同條件下噴動(dòng)床內(nèi)顆粒流4 為模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)對(duì)比圖。通過對(duì)比可知，模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)果上均吻合較好。5 為床高為 0.3 m 處的實(shí)驗(yàn)與模擬的顆粒時(shí)均速度分布，從圖驗(yàn)結(jié)果有較高的吻合度。由此也可以充分驗(yàn)證出程序的可靠。0.60.81.01.2(m/·s1-)實(shí)驗(yàn)?zāi)M
受噴射氣流夾帶向上運(yùn)動(dòng)，由于氣體的擴(kuò)散作用，曳力不斷減小，顆粒垂直方向呈先加速后減速度的趨勢，最終達(dá)到床體上部顆粒較為密集的區(qū)域。在此過程中顆粒由于碰撞力的作用以及徑向的曳力作用逐步由床內(nèi)中心附近向靠近壁面的兩側(cè)擴(kuò)散。并在床體上部顆粒密集區(qū)域完全轉(zhuǎn)為向兩側(cè)運(yùn)動(dòng)。在靠近壁面的區(qū)域由于曳力較小，顆粒運(yùn)動(dòng)由重力主導(dǎo)并開始下行回到床體下部密集區(qū)域。在該區(qū)域，顆粒由于氣體的卷吸以及顆粒間碰撞的作用逐步由靠近壁面的區(qū)域斜下方向流動(dòng)移動(dòng)至噴口上方，進(jìn)入噴射區(qū)域，重復(fù)上述循環(huán)過程。值得指出的是，在混合過程中床層膨脹高度存在明顯的波動(dòng)現(xiàn)象，而混合達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，膨脹高度較為穩(wěn)定。這是由于模擬的初始狀態(tài)為完全分離狀態(tài)，下方顆粒均為大顆粒，顆粒對(duì)氣體的反作用力較強(qiáng)，氣體對(duì)顆粒的夾帶效果有限。而后，隨著噴動(dòng)時(shí)間的增加，一方面小顆粒逐步進(jìn)入噴動(dòng)區(qū)，減弱了對(duì)氣體的反作用；另一方面，床層頂部的大顆粒逐步回落，床層頂部密集區(qū)域的大顆粒減少，對(duì)下部顆粒的阻礙作用降低。兩者共同作用使得床層高度增加。隨著混合程度的不斷加深，床層膨脹高度趨于穩(wěn)定。從中可以看出，噴動(dòng)床內(nèi)大顆粒的流動(dòng)形態(tài)決定了整體顆粒的流動(dòng)形態(tài)。
本文編號(hào)：2898455
【文章來源】：華北電力大學(xué)河北省 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：71 頁
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
顆粒初始位置
0.0 0.1a.模擬結(jié)果 b.實(shí)驗(yàn)結(jié)果 c.模擬矢量圖 d. PIV 實(shí)驗(yàn)矢量圖圖 3-4 模擬和實(shí)驗(yàn)對(duì)比證程序的正確性，本文首先模擬了表觀氣速為 2.33 m·s-1時(shí)，球型顆粒的流動(dòng)狀態(tài)。并拍攝了相同條件下噴動(dòng)床內(nèi)顆粒流4 為模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)對(duì)比圖。通過對(duì)比可知，模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)果上均吻合較好。5 為床高為 0.3 m 處的實(shí)驗(yàn)與模擬的顆粒時(shí)均速度分布，從圖驗(yàn)結(jié)果有較高的吻合度。由此也可以充分驗(yàn)證出程序的可靠。0.60.81.01.2(m/·s1-)實(shí)驗(yàn)?zāi)M
受噴射氣流夾帶向上運(yùn)動(dòng)，由于氣體的擴(kuò)散作用，曳力不斷減小，顆粒垂直方向呈先加速后減速度的趨勢，最終達(dá)到床體上部顆粒較為密集的區(qū)域。在此過程中顆粒由于碰撞力的作用以及徑向的曳力作用逐步由床內(nèi)中心附近向靠近壁面的兩側(cè)擴(kuò)散。并在床體上部顆粒密集區(qū)域完全轉(zhuǎn)為向兩側(cè)運(yùn)動(dòng)。在靠近壁面的區(qū)域由于曳力較小，顆粒運(yùn)動(dòng)由重力主導(dǎo)并開始下行回到床體下部密集區(qū)域。在該區(qū)域，顆粒由于氣體的卷吸以及顆粒間碰撞的作用逐步由靠近壁面的區(qū)域斜下方向流動(dòng)移動(dòng)至噴口上方，進(jìn)入噴射區(qū)域，重復(fù)上述循環(huán)過程。值得指出的是，在混合過程中床層膨脹高度存在明顯的波動(dòng)現(xiàn)象，而混合達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，膨脹高度較為穩(wěn)定。這是由于模擬的初始狀態(tài)為完全分離狀態(tài)，下方顆粒均為大顆粒，顆粒對(duì)氣體的反作用力較強(qiáng)，氣體對(duì)顆粒的夾帶效果有限。而后，隨著噴動(dòng)時(shí)間的增加，一方面小顆粒逐步進(jìn)入噴動(dòng)區(qū)，減弱了對(duì)氣體的反作用；另一方面，床層頂部的大顆粒逐步回落，床層頂部密集區(qū)域的大顆粒減少，對(duì)下部顆粒的阻礙作用降低。兩者共同作用使得床層高度增加。隨著混合程度的不斷加深，床層膨脹高度趨于穩(wěn)定。從中可以看出，噴動(dòng)床內(nèi)大顆粒的流動(dòng)形態(tài)決定了整體顆粒的流動(dòng)形態(tài)。
本文編號(hào)：2898455
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