布风板结构对煤气化流化床流动特性的影响研究

【摘要】：流化床气体分布的均匀性对于流体的流动特性、传热、传质和化学反应都具有重要作用,是影响流化床流化的重要因素。流化床进风方式及气体布风板结构有多种形式,但都应满足均布气流的基本条件。如果流化床气体分布不均,会使固体颗粒在床层分布不合理,造成固体颗粒分布不均匀,影响床内固体颗粒的整体流化。因此,对于流化床中流体流动行为的研究是很有必要的,其具有十分重要的现实意义。本文运用计算流体力学方法对流化床内气固两相流动特性进行了数值模拟研究,比较了平板、∧形、∨形和斜板四种分布板流化床的气泡运动特性,分析了不同倾角对∧形、∨形和斜布风板流化床固体颗粒体积分数和速度分布的影响,并进一步研究了开孔率和开孔直径对流动特性的影响,得到主要研究成果如下:(1)基于欧拉-欧拉双流体模型和Gidaspow气固相曳力模型,建立了单喷管平板流化床气固两相流动数值模型。采用标准k-ε、RNG k-ε和Realizable k-ε湍流模型对单喷管平板流化床进行数值模拟计算,得到了气泡运动特性,通过数值模拟结果与实验结果比较,确定了较合适的流化床气固两相流动的数值模型。(2)对平板、∧形、∨形和斜板四种布风板结构流化床的气泡运动特性进行了数值模拟分析,发现采用这四种布风板结构时气泡运动特性相同。当沿径向选用非均匀布风方式时,高风速区气相携带固体颗粒向上运动,低风速区的床层阻力较小,固体颗粒在重力作用下向下运动,从而形成了床内的环核循环运动。(3)比较了平板、∧形、∨形和斜板四种布风板流化床固体颗粒体积分数沿径向的分布特性,得到平板布风流化床固体颗粒平均体积分数波动最大,∧形、∨形和斜板三种布风板波动较小,且后三者分布曲线较为接近。(4)分析了∧形和∨形布风板不同倾角下床内固体颗粒体积分数和速度分布,得到布风板倾角为20°~30°时床内固体颗粒分布比较均匀,沿径向速度梯度较大,气固相混合特性较好。(5)分析了斜布风板不同倾角下床内固体颗粒体积分数和速度分布,得到不同倾角下的流化床内固体颗粒分布基本一致,而倾角为30°时,固体颗粒沿径向速度梯度较大,因此气固相混合特性较好。(6)对∧形、∨形和斜板三种布风板不同开孔率和开孔直径下流化床的流动特性进行数值模拟分析,得到在倾角30°时,三种分布板开孔率为0.8%和开孔直径为2mm时,气固相混合特性较好。 【关键词】：流化床 布风板 数值模拟 开孔率 开孔直径
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ541
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 绪论11-29
• 1.1 课题的研究背景及意义11-13
• 1.2 气固两相流动模型研究进展13-19
• 1.2.1 欧拉-拉格朗日模型14-15
• 1.2.2 欧拉-欧拉模型15-18
• 1.2.3 流体模型比较18-19
• 1.3 曳力模型研究进展19-23
• 1.4 流化床气化炉流动特性研究现状23-27
• 1.4.1 影响流化床流动特性的因素23-24
• 1.4.2 布风板对流化床内流场分布的影响研究24-27
• 1.5 本文研究内容27-29
• 第2章 流化床气固两相流模型的建立29-37
• 2.1 模型的建立29-32
• 2.1.1 模型选取30
• 2.1.2 控制方程30-31
• 2.1.3 曳力模型的选择31-32
• 2.1.4 湍流方程的选择32
• 2.1.5 边界条件及离散化32
• 2.2 单喷管流化床气泡特性的数值模拟与实验研究32-35
• 2.2.1 单喷管流化床的数值模拟32-33
• 2.2.2 单喷管流化床实验介绍33-34
• 2.2.3 模拟与实验结果比较34-35
• 2.3 本章小结35-37
• 第3章 布风板结构对流化床流动特性的影响37-59
• 3.1 物理模型的建立37-38
• 3.2 布风板形状对流动特性的影响38-43
• 3.2.1 平板布风流化床流动特性38-39
• 3.2.2 ∧形布风板流化床流动特性39-41
• 3.2.3 ∨形布风板流化床流动特性41-42
• 3.2.4 斜板流化床流动特性42-43
• 3.2.5 四种布风板流化床比较43
• 3.3 布风板倾斜角度的影响43-56
• 3.3.1 ∧形布风板不同倾斜角度对流动特性的影响43-48
• 3.3.2 ∨形布风板不同倾角对流动特性的影响48-52
• 3.3.3 斜布风板不同倾角对流动特性的影响52-56
• 3.4 本章小结56-59
• 第4章 布风板开孔率和开孔直径对流动特性的影响59-75
• 4.1 ∧形布风板开孔率对流动特性的影响59-63
• 4.1.1 ∧形布风板三种开孔率下固体颗粒体积分数分布60-61
• 4.1.2 ∧形布风板三种开孔率下固体颗粒速度分布61-63
• 4.2 ∨形布风板开孔率对流动特性的影响63-66
• 4.2.2 ∨形布风板三种开孔率下固体颗粒体积分数分布64-65
• 4.2.3 ∨形布风板三种开孔率下固体颗粒速度分布65-66
• 4.3 斜布风板开孔率对流动特性的影响66-70
• 4.3.2 斜布风板三种开孔率下固体颗粒体积分数分布67-68
• 4.3.3 斜布风板三种开孔率下固体颗粒速度分布68-70
• 4.4 开孔直径对流场的影响70-72
• 4.4.1 不同孔径布风板对固体颗粒分布的影响71-72
• 4.5 本章小结72-75
• 第5章 总结与展望75-77
• 5.1 总结75-76
• 5.2 展望76-77
• 参考文献77-81
• 致谢81-83
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果83

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