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煤粉密相气力输送系统关键过流部件的研究及优化

陈美华  
【摘要】:以煤粉气流床气化工艺为背景,采用计算颗粒流体动力学(CPFD)的方法对气力输送系统中常用的竖直管、弯管和变截面管件等关键部件进行研究,然后研究了具有复杂流道的煤粉流量调节阀的气固两相流动特性,最后借助该方法对煤粉流量调节阀的管路布置和结构设计提供建议。具体内容如下:以实验室自主搭建的50 mm工业级煤粉输送系统中的竖直管和弯管,以及15 mm高压煤粉输送系统中的文丘里管作为研究对象,首先证明了 CPFD方法在密相气力输送系统中关键管件研究的适用性。然后分别研究了竖直管不同工况下的内部流动特性、弯管布置方式和弯管曲率半径对输送系统的影响,最后借助CPFD辅助工业中文丘里管的结构设计。以某煤粉气化输送系统的煤粉流量调节阀为研究对象,首先对其流量特性和压降特性进行研究。然后进一步借助数值方法将煤粉流经具有复杂流道的煤粉流量调节阀过程进行可视化,并着重分析了调节阀的管道压力、颗粒速度和固体质量浓度等气固两相流动特征。最后基于CPFD方法获取调节阀压降、煤粉流量和开度的关系。为了对煤粉流量调节阀的管路布置和结构设计提供参考,首先研究了流道内最大颗粒速度与开度的关系以及阀芯出口的颗粒速度分布情况,对阀门的适宜开度提供建议。然后分析了调节阀下游管道各气固两相流动特征参数达到稳定所需的距离,从而减小阀后弯管的磨损程度。最后对四种不同的阀芯结构进行了探索研究,以提高阀芯内煤粉的流动,减少异物掉入阀芯内无法排出的现象。


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