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《中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所)》 2017年
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密集颗粒物料流动特性数值模拟研究

田恬  
【摘要】:工业过程中常涉及到密集颗粒物料的处理,深入认识密集颗粒物料的流动特性对设计、优化和放大相关设备至关重要。本文以移动床和喷动床为研究对象,考察系统中颗粒物料的流动特性,探索现有密集颗粒物料相关本构模型的预测精度与适用性。本论文第二章采用离散单元法模拟研究了移动床中颗粒物料的卸料特性,为第三章连续性模拟结果的合理性提供验证数据。离散模拟结果表明,随着初始堆积高度的增大,颗粒物料的流型逐渐由C类漏斗流过渡到B类半整体流。漏斗流结构下,流动区特征宽度随卸料的进行呈现(增大)—恒定—减小的变化趋势。半整体流结构下,当床层高度降到某一临界值时,流型突变为漏斗流,之后流动区特征宽度呈单调递减的变化趋势。这一结果说明,移动床卸料过程中,流动区宽度与卸料历史密切相关。第三章基于连续介质模拟,考察了目前文献中代表性的颗粒粘度模型(Schaeffer、S-S和μ(Ⅰ)模型)对模拟结果的影响。模拟结果表明,对于卸料初期为漏斗流的系统,Schaeffer模型和μ(Ⅰ)模型都能预测出漏斗流流动结构,但所预测的流动区特征宽度的数值与变化趋势明显偏离离散单元法模拟结果;对于卸料初期为半整体流流型的系统,Schaeffer模型和μ(Ⅰ)模型能够预测出移动床内物料从B类半整体流向C类漏斗流的转化过程,且流动区特征宽度变化趋势与离散单元法模拟结果定量一致。对于所考察的初始堆积高度,S-S模型的预测结果始终为半整体流,明显偏离了离散单元法数值模拟的结果。第四章基于气固喷动床,进一步检验了以上三种粘度模型对模拟结果的影响。模拟结果表明,μ(Ⅰ)模型预测得到的喷泉区高度、平局空隙率以及喷动区轮廓更接近于实验结果;Schaeffer模型得到的床层压降最接近实验测量值。三种粘度模型在喷泉区与喷动区内的预测结果差异不大,但在环隙密相区内μ(Ⅰ)模型的模拟结果明显优于其他模型。综合考虑,相较于Schaeffer与S-S模型,μ(Ⅰ)模型在喷动床预测中显示出更大的优越性。
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TQ021.1

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