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循环流化床气固两相流动力特性的三维数值模拟

任永强  
【摘要】: 循环流化床燃烧技术现已被公认为一种清洁高效的燃烧技术, 为经济有效地解决日益严重的能源短缺和环境污染问题带来了希 望,所以倍受世界各国动力工作者和政府决策者的重视,因而也得 到了迅猛的发展。在基础研究方面,目前对循环床内流动和传热情 况都没有准确的认识,对合适的循环流化床内固体颗粒浓度的确定 十分困难,对物料内循环的定量分析还缺乏有效的手段。概括起来 讲,就是对循环流化床床内的动力特性还没有定性的描述和认识。 这严重地阻碍了对循环流化床的设计和优化。 循环流化床气-固两相流体动力特性的研究,是循环流化床研 究的重要方面,目前对床内颗粒运动的数值计算的研究仍处于初级 阶段。本文是在湍流气固两相流动的基础上,利用前人对气固两相 流动的研究结论,视床内颗粒的流动为稠密悬浮流,根据N-S(纳 维埃-斯脱克斯)方程组分别对床内气固两相流动进行描述,采用 双流体模型加上k-ε-k_p两相湍流模型对方程组进行封闭,再通过 有限区域法将微分方程组离散为差分方程,采用多相流动的数值解 法——IPSA算法,对循环流化床中气固两相流的流动特性进行数 值模拟。以此从理论上来验证实验结果对循环流化床内两相流动力 特性给出的描述。 本论文是应用大型通用流体计算程序PHOENICS来编写计算 程序的,程序语言是建立在计算流体力学各种计算功能之上的二次 语言,很好地完成了预期目标。通过对计算结果的分析,验证了: 循环流化床的压力沿床高的变化受到空塔速度和循环物料量的影 响;床内存在颗粒浓度轴向和径向的不均匀分布;当操作条件一定 时,截面的颗粒速度沿床高逐渐增大。这说明使用大型计算程序 PHOENICS来模拟循环流化床中的气粒两相流动比较方便和直 观,用双流体模型来描述床内流动是可行的。


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