【摘 要】
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导流管喷动床在两相流的应用较为广泛,例如煤的气化和油的蒸汽裂解等多个领域,它相比于传统喷动床在结构上具有一定的优势,通过在喷动床内部加入一根垂直导流管,可以在空间上将喷动区和环空区划分开,操作上更加灵活和稳定。本文基于颗粒动理学的理论,采用液固两相Eulerian-Eulerian双流体模型对二维导流管喷动床内的颗粒流动行为进行数值模拟。在模拟过程中,使用标准k-ε湍流模型对液体湍流进行计算,同时
【基金项目】
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国家自然科学基金(No.51876032); 黑龙江省自然科学基金(No.ZD2019E002)
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导流管喷动床在两相流的应用较为广泛,例如煤的气化和油的蒸汽裂解等多个领域,它相比于传统喷动床在结构上具有一定的优势,通过在喷动床内部加入一根垂直导流管,可以在空间上将喷动区和环空区划分开,操作上更加灵活和稳定。本文基于颗粒动理学的理论,采用液固两相Eulerian-Eulerian双流体模型对二维导流管喷动床内的颗粒流动行为进行数值模拟。在模拟过程中,使用标准k-ε湍流模型对液体湍流进行计算,同时采用Gidaspow曳力模型对液体和固体颗粒之间的作用力进行求解。分析了结构参数导流管安装高度、导流管喷动床锥底角度对液固两相流动特性的影响;同时研究了颗粒粒径、颗粒填充高度、入口液体喷射速度、辅助液体流速、液体密度、液体粘度这些物性参数对液固两相流动的影响。研究结果显示,导流管喷动床下方的锥形区底部加入8个辅助入口后,颗粒的循环速率相比没有辅助入口的情况有显著提高,且更容易达到稳定流化状态,时间上缩短21%左右。颗粒在喷动过程中会出现明显的四个区域分别为喷动区域、环空区域、喷泉区域和夹带区域。随着导流管安装高度的增加,床层高度增加,颗粒拟温度增加,颗粒轴向速度先增加后减小,更多的液体流入环空区,不利于颗粒在导流管喷动床内的循环。增大导流管喷动床的锥底角度,可以显著减小锥形区域横截面积,但是会出现颗粒的局部堆积。随着颗粒粒径的增加,颗粒的质量和体积也随之增大,静压力和动压力曲线随之下降,因此颗粒在喷动过程中会出现堆积现象,此时导流管喷动床内的流化状态较差。随着颗粒填充高度的增加,喷泉结构更加清晰和完整,喷动效率较高。随着入口液体喷射速度的增加,颗粒呈现对称分布,床层高度明显增大为原来的1.4倍。辅助液体流速在一定范围内增加,颗粒与液体的接触越充分。液体密度的增加,颗粒的悬浮能力增强,有助于颗粒的运动,喷动效果更好。高粘度液体增加了颗粒的携带作用的同时也削弱了颗粒的活性。综合考虑结构参数和物性参数,可以减少颗粒的堆积,在导流管喷动床中实现颗粒的最佳流态化。
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