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密相输运床气固两相流动实验及数值研究

廖良良  
【摘要】: 针对我国发展煤基多联产以及IGCC对气化技术的要求,中国科学院工程热物理研究所提出了适应我国高硫、高灰、高灰熔点煤种同时具有优良调负荷能力的粉煤加压密相输运床气化技术。本文针对输运床内气固两相流动进行了实验和数值模拟的研究和探索。 本文通过方形截面输运床(高10m,截面积0.27×0.27m~2)冷态实验研究,获得了表观气速、循环流率以及出口的结构对床内颗粒浓度分布的影响。冷态实验结果表明:颗粒浓度沿床高方向呈下浓上稀的指数型分布;在同一高度截面上,颗粒浓度随着表观气速的增加而减小,随着循环流率的增加而增加;出口结构主要影响出口附近的颗粒浓度,在突变出口结构下,床内颗粒浓度呈顶部、底部浓,中间稀的C型分布。在此基础上,根据实验要求,设计、建立了圆形截面输运床(高10m,直径0.187m)冷态实验台,并进行了初步实验研究,其循环流率最高达到了222kg/m~2s,浓相区(ε_s>0.1)的高度达到了3.5米。 本文针对冷态实验中影响主床压降的因素进行分析,获得了主床压降的无量纲准则数方程。根据实验结果获得了床内压力分布、颗粒浓度分布、床内总压降的计算关系式。在与实验相同的条件下,计算结果和实验结果比较吻合。 本文运用计算流体力学商业软件Fluent对输运床内气固流动特性进行了数值模拟。采用欧拉双流体模型,运用计及颗粒团聚效应的能量最小多尺度模型改进气固相间曳力。模拟结果与实验结果符合较好,数值模拟的床内流场也能够较好的说明床内的实际情况。这表明计及颗粒团聚效应的气固曳力模型可以较好的描述输运床内稠密非均匀气固两相流动。


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