收藏本站
《哈尔滨工业大学》 2010年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

稠密气固两相流双流体大涡数值模拟研究

尹丽洁  
【摘要】: 随着计算机技术和计算方法的不断发展,数值模拟方法已成为研究气固两相流动的重要方法之一。不断完善数值模拟方法,对深入研究气固两相流动的复杂机理以及影响因素有重要的意义。 大涡模拟(LES)同时包含了直接数值模拟(DNS)和雷诺平均法(RANS)的思想,与DNS相比,LES可以用于模拟较高的Reynold数和较复杂的几何结构的流动,与RANS相比可获得更多的脉动信息,在湍流的数值模拟研究中有着重要的发展前景。目前,大涡数值模拟方法在单相流中已有较成熟的应用,在气固两相流中的应用尚需进一步的研究。 本文采用体积分数加权平均方法,对气固两相流的输运方程进行过滤。考虑气相不可解尺度湍流和可解尺度湍流之间的动量输运,建立了考虑颗粒相浓度影响的气相亚格子粘度模型;基于颗粒动理学理论,根据Smagorinsky涡粘模型,考虑过颗粒相不可解尺度湍流和可解尺度湍流之间的动量输运,推导了颗粒相亚格子粘度模型;采用涡扩散模式,提出了颗粒相亚格子热传导系数方程,封闭了可解尺度拟颗粒温度方程;考虑了高颗粒浓度下介观尺度的影响,修正了颗粒相亚格子压力方程。建立了稠密气固两相流双流体大涡数值模拟(LESg-θ-LESp)模型。 应用稠密气固两相流双流体大涡数值模拟模型,研究了鼓泡流化床内气固两相流动特性。模拟观察到了鼓泡流化床中气泡的长大、合并和破碎的运动过程。模拟结果得到了床内颗粒相时均可解尺度速度和脉动速度等分布,与Yuu等实测结果相吻合;得到了床内颗粒相时均浓度分布,与Taghipour等实测结果相吻合。研究发现不考虑颗粒相的亚格子尺度时,在床层中形成了较大的气泡,随着Cs的增加,气泡数量逐渐增加,平均气泡直径逐渐减小,时均可解尺度拟颗粒温度减小,颗粒浓度在床层中心处逐渐增加而在边壁处降低,时均滑移速度在床层中心处减小而在边壁处增加;随着颗粒浓度的增加,颗粒相亚格子尺度粘度和热传导系数减小,而颗粒相亚格子尺度压力增大。 应用稠密气固两相流的双流体大涡模拟模型,研究了提升管内的气固两相流动特性。通过模拟结果可观察到提升管内的环-核流动结构,得到提升管内的时均颗粒相浓度、速度等分布,模拟结果与Knowlton等实测结果基本吻合。随着颗粒浓度的增加,可解尺度和亚格子尺度下的时均颗粒相的粘度和热传导系数逐渐增加,可解尺度下的时均颗粒相压力先增加,后减小,亚格子尺度下的时均颗粒相压力增加;随着Cs的增加,在床层中心区域,时均颗粒相浓度增加,气相和颗粒相可解尺度速度、颗粒脉动速度以及颗粒相可解尺度拟颗粒温度降低,在边壁区域变化趋势相反;有效时均颗粒相粘度和颗粒相热传导系数随Cs的增加而增加,有效时均颗粒相压力和颗粒湍动能随Cs的增加而减小;对曳力系数进行修正后时均颗粒相浓度、可解尺度拟颗粒温度、床层压降升高,气相和颗粒相可解尺度速度有所降低,但幅度很小,有效时均颗粒相粘度、颗粒相热传导系数和有效时均颗粒相压力增加。 采用稠密气固两相流双流体大涡模拟模型,研究了化学链燃烧(CLC)反应器内的气固两相流动特性,研究发现,空气反应器和燃料反应器中的颗粒浓度呈现中间稀、边壁浓,下浓上稀的分布趋势,形成局部环-核流动的非均匀结构,其流动结构分别与单个提升管和鼓泡流化床类似。采用异相化学反应模型,研究了无载氧体循环的燃料反应器中CH_4和NiO之间的催化燃烧反应,研究发现,随着时间的推移,燃料反应器中的NiO不断被还原为Ni,Ni、CO_2和H_2O的含量逐渐增多,但是由于反应器温度的降低和NiO含量的减少,使得化学反应速率逐渐减慢,导致Ni以及CO_2和H_2O增加的速度减慢,料层中CH_4的含量逐渐增多。此外,由于此反应为体积增大的反应,在流化过程中,湍动更加剧烈,由于气泡的携带作用,燃料反应器顶部自由空间区域的CH_4含量略高于料层上部,而CO_2和H_2O的含量低于料层上部。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:O359;TQ021.1

手机知网App
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 毛玉如,苏亚欣,马晓峰;流化床O_2/CO_2燃烧技术和化学链燃烧技术[J];电力环境保护;2005年03期
2 向文国,狄藤藤,肖军,沈来宏;具有CO_2分离的煤气化化学链置换燃烧初步研究[J];东南大学学报(自然科学版);2005年01期
3 刘向军,徐旭常;稠密气固两相流动过程模拟的改进模型与应用[J];动力工程;2004年02期
4 还博文,王振宇;强旋湍流气固两相流动和煤粉燃烧数值模拟[J];动力工程;1998年03期
5 王逊,张世铮;采用化学链式燃烧器的固体氧化物燃料电池发电系统优化[J];工程热物理学报;2000年05期
6 杨玟,周力行,李荣先,L.S.Fan;气泡-液体闭式多股射流的大涡模拟研究[J];工程热物理学报;2003年01期
7 鲍爱楠,张会强,杨武兵;平板混合层流动中两相脉动关联矩的大涡模拟[J];工程热物理学报;2004年04期
8 向屏,郭印诚;提升管内稠密气粒两相流动大涡模拟[J];工程热物理学报;2004年S1期
9 刘向军;赵燕;徐旭常;宋绍峰;;稠密气固两相流中颗粒团运动的DEM模型研究[J];工程热物理学报;2006年03期
10 洪慧;金红光;杨思;;低温太阳热能与化学链燃烧相结合控制CO_2分离动力系统[J];工程热物理学报;2006年05期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 林丰盛;韩云龙;;脉冲对流化床气-固流动特性的影响[J];安徽化工;2010年06期
2 ;An improved large eddy simulation of two-phase flows in a pump impeller[J];Acta Mechanica Sinica;2007年06期
3 王烨;武弋;;冬季自然通风对住宅室内空气品质的改善性能评价[J];安全与环境学报;2008年05期
4 张延平,王立;气固流化床系统非线性机理研究进展[J];北京科技大学学报;2004年06期
5 陈锦;杨晶;尹少武;王立;;基于CFX软件的氮化硅反应炉内热过程的数值模拟[J];北京科技大学学报;2005年06期
6 马飞;罗海亮;谢慧;张淼;;建筑室内污染物扩散模拟与控制[J];北京科技大学学报;2007年S2期
7 焦伟堂,冯旭东,叶旭,孙竹范;多相循环流化床流动规律的研究[J];北京工商大学学报(自然科学版);2004年06期
8 张艳彬;左洪福;涂群章;;机器油液中磨粒铁磁性甄别及检测系统研究[J];传感器与微系统;2007年06期
9 张立;田园;刘洪;杨帆;李剑峰;刘拴仪;;井口喷嘴上游砂粒捕集器除砂优化设计[J];重庆科技学院学报(自然科学版);2010年06期
10 余迎新,张少峰,赵卷,彭培英;喷雾-喷动床半干法烟气脱硫研究[J];河北农业大学学报;2004年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 沈志恒;李巍;陆慧林;张慧芳;周全根;;不同曳力模型对提升管内气固流动特性的影响[A];2011年石油装备学术研讨会论文专辑[C];2011年
2 周兆明;万夫;练章华;;污染气体扩散风洞试验的大涡模拟[A];中国计算力学大会'2010(CCCM2010)暨第八届南方计算力学学术会议(SCCM8)论文集[C];2010年
3 程沥军;王彪;李涛;应卫勇;房鼎业;;气固鼓泡流化床流体力学行为的数值模拟[A];上海市化学化工学会2009年度学术年会论文集[C];2009年
4 甘瑞;王佳;李涛;房鼎业;应为勇;;大型浆态床反应器气含率冷模实验研究[A];上海市化学化工学会2009年度学术年会论文集[C];2009年
5 杨庆山;李启;;亚格子模型在钝体绕流大涡模拟中的比较[A];第十四届全国结构风工程学术会议论文集(下册)[C];2009年
6 李玉山;;流态化煅烧石膏技术的进展——FC分室石膏煅烧炉[A];首届山东材料大会论文集(建筑材料篇)[C];2007年
7 黄振宇;缪国平;韦喜忠;;大涡模拟在复杂流场计算中的应用[A];第二十届全国水动力学研讨会文集[C];2007年
8 刘建锟;杨涛;胡长禄;蒋立敬;;多相催化流化床反应器的流体力学特性[A];第十一届全国青年催化学术会议论文集(下)[C];2007年
9 位伟;王孝红;;稳定工况下篦冷机气固两相热交换模型研究[A];2008年中国高校通信类院系学术研讨会论文集(下册)[C];2009年
10 李振山;韩海锦;蔡宁生;;化学链燃烧研究现状及进展[A];中国动力工程学会第三届青年学术年会论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王忠义;船用燃气轮机排气引射装置性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 石宝龙;高性能海船盐雾分离技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 张大明;输煤巷道煤尘运移规律及治理技术研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
4 石金明;典型煤种热解气化特性研究[D];华中科技大学;2010年
5 王则力;多相流全尺度直接数值模拟方法及应用[D];浙江大学;2010年
6 桂南;复杂两相流动中颗粒碰撞的DEM-LES/DNS耦合模拟研究[D];浙江大学;2010年
7 晏水平;膜吸收和化学吸收分离CO_2特性的研究[D];浙江大学;2009年
8 魏永刚;晶格氧部分氧化甲烷制取合成气的基础研究[D];昆明理工大学;2008年
9 刘亦安;基于太赫兹技术的多相流检测研究[D];浙江大学;2010年
10 朱伟亮;基于大涡模拟的CFD入口条件及脉动风压模拟研究[D];北京交通大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李连举;轴流式通风机气动噪声分布特性的数值研究[D];山东科技大学;2010年
2 何伟强;固液泵的数值模拟与试验研究[D];浙江理工大学;2010年
3 陈洁达;单轴双输送低比转速离心泵的设计与性能研究[D];浙江理工大学;2010年
4 赵瑞;高速诱导轮离心泵的数值模拟与试验研究[D];浙江理工大学;2010年
5 包金哲;煤化工气液固多相流管道磨蚀机理及仿真预测研究[D];浙江理工大学;2010年
6 董婧;挠性立管涡激振动的离散涡方法研究[D];大连理工大学;2010年
7 陈淑鑫;循环流化床锅炉培训模拟操作仿真研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
8 王永邦;沥青球的流态化氧化行为研究[D];华东理工大学;2011年
9 张建法;气化炉渣口熔渣流动特性研究[D];华东理工大学;2011年
10 李浩然;硅粉流态化技术研究[D];华东理工大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 白玉川,徐海珏;平板和翼型壁面上振荡流底边界层中拟序涡结构运动演化的大涡模拟研究[J];船舶力学;2002年04期
2 钟文琪,熊源泉,袁竹林,章名耀;喷动流化床气固流动特性的三维数值模拟[J];东南大学学报(自然科学版);2005年05期
3 黄群星,马增益,池涌,岑可法;循环流化床内局部颗粒混合特性的研究[J];动力工程;2004年01期
4 崔亚兵,陈晓平;燃煤电厂烟气脱硫技术的模糊综合评价[J];动力工程;2005年01期
5 袁竹林,徐益谦;用拉格朗日法对气固两相流动的数值模拟[J];发电设备;1997年06期
6 罗中平;姚亚林;夏志华;颜金玲;张红玉;;实验室高效磨矿设备及试验方法研究[J];非金属矿;2006年04期
7 许友好,张久顺,龙军,何鸣元,徐惠,郝希仁;多产异构烷烃的催化裂化工艺技术开发与工业应用[J];中国工程科学;2003年05期
8 何方,王华,戴永年;循环热载体无烟燃烧技术的试验研究[J];中国工程科学;2004年07期
9 张,由长福,徐旭常;循环床内气固两相流中稠密颗粒间碰撞的数值模拟[J];工程热物理学报;1998年02期
10 金燕,郑洽余;出口几何结构对循环流化床锅炉性能影响的试验研究[J];工程热物理学报;1999年01期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 程易;气固两相流动数值模拟及其非线性动力学分析[D];清华大学;2000年
2 刘安源;流化床内流动、传热及燃烧特性的离散颗粒模拟[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2002年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陆慧林,何玉荣,刘阳,别如山,刘文铁;多组分颗粒稠密气固两相流动的数值模拟[J];工程热物理学报;2002年03期
2 陈雷;刘向军;徐旭常;;单颗粒尾涡特性的大涡模拟[J];北京科技大学学报;2006年04期
3 由长福,祁海鹰,徐旭常;稠密气固两相流中单颗粒所受气动力的数值模拟[J];工程热物理学报;2002年01期
4 沈永明,倪浩清,赵文谦,吴至维;油-水两相湍浮力回流双流体模型[J];力学学报;1992年05期
5 龚洪瑞,陈十一,何国威,曹念铮;二阶动态亚格子尺度应力模型[J];应用数学和力学;2000年02期
6 魏云飞;叶剑;;双流体模型气液传质数值模拟初探[J];山西建筑;2010年30期
7 陆慧林,刘文铁,赵广播,Dimitri Gidaspow;管内稠密气固两相流数值模拟计算:颗粒动力学方法[J];化工学报;2000年01期
8 赵绪新,szu.edu.cn,钱诗智,陆继东;气固流化床中流动特性的数值模拟[J];深圳大学学报(理工版);2000年01期
9 霍然,范维澄;蒸发管内气液两相流动的数值计算[J];中国科学技术大学学报;1991年03期
10 余志毅;曹树良;王国玉;;叶片式混输泵内气液两相流的数值计算[J];工程热物理学报;2007年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 程沥军;王彪;李涛;应卫勇;房鼎业;;气固鼓泡流化床流体力学行为的数值模拟[A];上海市化学化工学会2009年度学术年会论文集[C];2009年
2 常剑;高金森;徐春明;;气固两相流中颗粒间碰撞传热的研究进展[A];第三届全国化学工程与生物化工年会论文摘要集(上)[C];2006年
3 王柏懿;戚隆溪;王超;江先金;;含灰气体近壁区流动及传热增强机制分析[A];“力学2000”学术大会论文集[C];2000年
4 张德义;王为民;黄杰;王树立;;双流体模型在油气混输管线计算中的应用[A];第十六届全国水动力学研讨会文集[C];2002年
5 韩守磊;徐义华;曾卓雄;;两相湍流的数值模型[A];第二十届全国水动力学研讨会文集[C];2007年
6 余克志;丁国良;陈天及;;立式陈列柜风幕数值模拟的双流体模型[A];上海市制冷学会2005年学术年会论文集[C];2005年
7 王宏亮;田宙;;利用弹性体理论得到堆积颗粒本构方程[A];计算爆炸力学进展[C];2006年
8 舒安平;王乐;费祥俊;张志东;;非均质泥石流动力学探讨[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
9 衣华;刘宗明;部聪令;沈能耀;;水平管内颗粒气力输送的数值模拟[A];中国颗粒学会第六届学术年会暨海峡两岸颗粒技术研讨会论文集(下)[C];2008年
10 吴珂;孙志林;毛根海;;泥沙云团扩散的双流体模型[A];第七届全国水动力学学术会议暨第十九届全国水动力学研讨会文集(上册)[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 尹丽洁;稠密气固两相流双流体大涡数值模拟研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 赵云华;稠密气固两相流动的颗粒相二阶矩模型及数值模拟研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
3 李艳平;循环流化床脱硫反应器流动特性的实验研究与数值模拟[D];天津大学;2005年
4 王明波;磨料水射流结构特性与破岩机理研究[D];中国石油大学;2007年
5 郑建祥;粘附性颗粒动理学及气固两相流体动力特性的研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
6 余克志;立式敞开式集中送风式陈列柜模拟与实验研究[D];上海交通大学;2009年
7 王迎慧;磁流化床气固两相流动特性及其应用的研究[D];东南大学;2005年
8 何广利;质子交换膜燃料电池内部两相流传递特性研究[D];大连理工大学;2007年
9 侯拴弟;搅拌槽内三维流场的实验研究及数值模拟[D];北京化工大学;1997年
10 谭立新;水气二相流数值模拟研究[D];四川大学;1999年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 于新峰;基于双流体模型的湿蒸汽两相流动数值模拟[D];哈尔滨工业大学;2011年
2 陈琦;双流体模型中曳力及镜面系数对风沙流结构的影响[D];兰州大学;2012年
3 何丽辉;双流体模型中碰撞恢复系数及电力对风沙流的影响[D];兰州大学;2012年
4 于涛;水库异重流排沙的双流体模型[D];清华大学;2008年
5 黄明辉;喷动床内气固两相流体流动数值模拟[D];西北大学;2009年
6 王静;多相流多功能引射器的实验研究与数值模拟[D];西北工业大学;2007年
7 刘晓川;明渠水气两相流的数值模拟研究[D];河北工程大学;2008年
8 邓冬;气液两相流矩形柱绕流旋涡脱落数值研究[D];东北电力大学;2009年
9 赵会永;粮食颗粒流动特性的试验研究与数值模拟[D];内蒙古农业大学;2009年
10 李东芳;循环流化床锅炉内气固两相流动的数值模拟[D];中国石油大学;2009年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026