循环流化床流动特性PIV测试和数值模拟

【摘要】： 本文采用自行构建的PIV系统对循环流化床冷态流场进行了试验研究，获得了不同工况下气固两相流动特性。并对气固流动特性进行了数值模拟。 对循环流化床冷态实验台两测试段进行了流型和颗粒团可视化研究，分别获得了较低循环流率下过渡区和在高循环流率下稀相区颗粒团的运动速度，形状，持续时间及其动态变化情况。同时获得了典型工况下多种流态图及颗粒团显微图片，揭示了循环流化床内气固流型及其变化规律。 在对循环流化床冷态试验台进行PIV测试试验研究中，运用MQD互相关处理算法获得了不同工况下颗粒运动速度参数的分布规律。在低循环流率下对过渡区典型流态下颗粒团的不同流态进行了MQD法处理，获得了整场颗粒运动速度及随时间变化规律，颗粒团运动对流场内颗粒速度的动态影响；对稀相区在较高固粒流率下对颗粒运动速度进行了变工况分析和讨论。获得了不同测试截面的流场固粒速度，以及操作气速、床料高度和床料平均粒径等对固粒速度的影响规律。 在PIV测速系统基础上，通过二次开发的图像识别软件，实现不同工况下各截面颗粒粒径分布的测量，测量结果基本反映出实际颗粒粒径变化，证明了该方法的可行性，进一步获得了循环流化床稀相区颗粒粒径分布特性。 在对高浓度气固两相流的研究中，根据FLUENT软件现有的条件和解决工程实际问题的需要，采用单气固相双流体欧拉模型，采用模拟紊流固粒流中普遍接受的方法“颗粒流的运动理论(kinetic theory of granular flow)”，对大尺度循环流化床进行了二维数值模拟，与他人数值模拟结果和实验结果进行了对比，检验模型的准确性。将进行PIV测试的冷态循环流化床试验台作为研究对象，对冷态流化床主体进行了三维数值模拟，目的在于对循环流化床内两相流动力特性给出较为准确的描述。同时在三维模拟基础上，截取二维截面，将模拟结果与二维PIV冷态实验获得的对应截面结果进行了简单的比较，二者符合较好。 本文的研究工作是对PIV技术应用于循环流化床内气固多相流动特性测试和数值模拟的尝试，所取得的结果表明PIV技术和数值试验方法在测试和预测气固多相流动特性方面的准确性和有效性。