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CFD和电容层析成像技术及其在下行床的应用

闫润生  
【摘要】:随着工业技术的不断发展,对多相流测量技术的要求也越来越高。多相流的实时测量能够快速反映流体流动状态的变化,为分析流动时的速度、各相成分,进一步分析流动的流体力学特性,分析流动时的传热,解决实际问题提供可靠的依据。过程层析成像技术是近二十年发展起来的一种新型检测技术,可广泛应用于石油、化工、冶金、电力等行业中。电容层析成像技术是过程层析成像技术的一种,具有测试系统简单、安全性好、非侵入、价格低廉等优点。 本文计算了12电极方形传感器在几种典型不同形状气固流动模型条件下的电容值,应用LBP算法、Landweber迭代算法、正则迭代算法、正则法等不同成像算法进行了图像重建计算,并且比较了这些算法的优缺点。结果表明,LBP算法可以快速定性地反映气固流动情况,Landweber迭代算法可以比较精确的反映气固流动情况,快速的正则迭代算法可以快速和精确地显示流动情况。同时作者使用现有的16通道交流激励的电容层析成像测量系统测量了液固两相流在旋转桶体内的流动情况,测量结果很好地反映了流动状况。 本文根据下行床内气固两相动量方程、连续性方程、颗粒轨道模型、数值求解方法及定解条件,对下行床气固两相流动进行了数值计算。计算中下行床中的气相体作为连续相,其中的湍流输运模型采用标准κ-ε双方程模型。计算得到了下行段三个不同截面的气固流动分布状况,分布状况表明在下行床入口段固体颗粒集中在中心处附近,随着向下流动,固体颗粒扩散,中心处颗粒浓度降低,截面平均颗粒体积份额也降低。 本文应用电容层析成像的方法首次测量了下行床下行段固体颗粒浓度分布情况。采用低介电系数物质进行标定以提高显示图像信号强度的方法。测量结果表明,该方法可以用于测量气固两相流低颗粒体积份额(0.1%)情况。实验测量结果与采用颗粒轨道模型计算的颗粒分布吻合较好,反映了在二次风量一定条件下,随固体颗粒质量流量的增高,颗粒体积份额增大的规律,以及固体颗粒质量流量一定,随二次风量的增大,颗粒体积份额减小的规律。


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