基于CFD-VOF-DEM模型的气泡作用下颗粒运动规律数值模拟研究

来源 :内蒙古科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:crazy5555
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
在环境领域的气浮工艺、选矿领域的浮选过程以及在煤气化领域的煤气化炉激冷室内等,都存在着气泡穿越固液两相的三相流动过程。在该过程中存在着科学的共性问题,即颗粒在气泡作用下会发生悬浮、沉降和夹带等运动过程,气泡作用下的颗粒运动在一定程度上影响着工业设备运行和工艺过程中的传热传质效率。可见,研究颗粒在气泡作用下的运动具有重要意义。由于气液固三相流动过程比较复杂,开展实验具有成本、周期、测量等局限性,实施难度较大。而计算流体力学方法(CFD)由于成本低廉,能够对复杂的工艺进行仿真,因此受到了广泛的应用。为此,本文以气泡穿越固液两相的三相流动过程作为研究对象,采用数值模拟方法对三相流动过程中的气泡和颗粒运动进行研究,从而更加了解三相系统下颗粒运动及其分布特性,同时对促进改善工艺流程具有重要的指导意义。本文数值模拟基于计算流体力学(CFD)和离散元(DEM)方法,将气液相看做连续相,采用流体体积法(VOF)追踪气液分界面,颗粒相看做离散相。建立CFD-VOF-DEM气液固三相流动数值模型及相应的数值模拟平台,对气泡穿越固液两相液池过程展开数值模拟研究,随后对网格进行无关性验证。在此基础上,对本文所建数值模型进行了验证,将本文数值模拟结果分别与实验结果以及相关文献模拟结果进行了对比,验证结果吻合良好,从而证明了本文所建模型的准确性和合理性。首先,利用以上所建数学模型分别对单气泡作用下和双气泡作用下的气液固三相流动过程及颗粒运动规律进行了研究,然后,对单/双气泡对颗粒浓度分布影响进行对比分析。获得了10μm、50μm、100μm和500μm粒径颗粒在液池中运动分布的变化规律。研究结果发现,气泡在上升过程中气泡下端会形成向上的速度分布,从而会发生颗粒夹带现象,双气泡在上升过程中前导气泡会对尾随气泡起到携带加速作用。10μm和50μm粒径颗粒在液池中基本处于悬浮状态,100μm粒径颗粒处于缓慢沉降状态,500μm粒径颗粒则处于快速沉降状态,基本不存在颗粒夹带现象。与单气泡相比,双气泡作用下固液悬浮液与纯液的分界面下降速度更快,并且双气泡可以将颗粒夹带到更高的高度,夹带数量也更多。最后,在对单/双气泡作用研究的基础上,本文对气泡群作用下的气液固三相流动过程及颗粒运动规律开展进一步研究。获得了颗粒浓度分布等规律,分析了不同管口浸没方式、不同粒径颗粒、不同下降管管径以及入口气速等对颗粒运动规律等影响。研究结果发现,底部浸没方式下粒径越小,颗粒被夹带到的高度越高,被夹带的颗粒数量也越多;入口气速越大,气泡群对固液悬浮液的扰动作用越强。顶部浸没方式下10μm粒径颗粒进入液池后沿着管壁向上运动,500μm粒径颗粒进入液池后则直接向液池底部运动;气固两相穿越液池过程中气固分离可分为三个过程,即冲击过程,携带过程和破碎过程。
其他文献
针对目前我国滑坡灾害频发,数据分析可视化较为滞后的问题,设计开发了一套滑坡灾变数据可视化分析系统。该系统以MATLAB APP Designer为开发平台,选取数据驱动机器学习算法SVM作为智能分析手段,采用交叉验证CV、粒子群PSO、遗传算法GA进行SVM最优超参数搜索,构建了滑坡灾变数据智能分析体系,实现了滑坡变形位移预测及滑坡危险性等级区划的可视化分析。以湖北古树屋滑坡、重庆万州区滑坡体为例
期刊
超高性能混凝土(UHPC)用细骨料代替粗骨料,以提高UHPC的密实度,并使用纤维和外加剂来实现低水胶比,以此改善混凝土力学性能。因其具有超高的抗压强度、优异的韧性、耐久性、耐磨性和抗冲击性能,故被广泛应用于超高层建筑、大跨度结构、海上平台和其他处于恶劣环境下的结构以及军事结构中。目前超高性能混凝土已成为专家学者的研究热点。由于UHPC广泛应用于大跨结构,因此研究UHPC的力学性能时需考虑尺寸对其产
学位
2021年3月,“创新供应链金融服务模式”在政府工作报告中被首次提出,政府、金融机构以及产业互联网平台都在努力探索高效普惠、风险可控的融资模式。其中,产业互联网平台紧跟数字金融和供应链金融的发展热潮,不断扩大整个行业的服务内容,逐渐由撮合交易实现网络效益转向了供应链金融领域,平台角色在供应链融资业务中变得愈发重要。一方面,平台企业能够更好地控制、处理大量贸易数据,金融机构充分利用产业互联网平台积累
学位
近年来,我国进入了以城市轨道交通、地下综合管廊为引领的城市地下空间高速发展时期。矩形顶管隧道施工技术具有较高的断面利用率和较低的地下空间占用率等优点,广泛应用于地铁车站、综合管廊、多车道隧道工程中。然而矩形顶管隧道在地基不均匀沉降作用下,极易产生纵向变形,导致接头失效甚至破坏,引发工程灾害。针对上述现状,本文采用管节接头试验、三维数值模拟及理论分析等方法探明矩形顶隧道接头的内力-变形关系,构建壳-
学位
改革开放以来,我国城镇化水平不断提高,但快速扩张的城镇化建设带来了一系列“城市病”,如交通拥堵、环境污染、资源浪费等发展“不平衡、不充分”的弊端,城镇化高质量发展成为我国中长期经济社会发展的关键路径。交通基础设施作为城市发展的先导条件和必备要素,对城市的经济、社会和环境等多个子系统领域发挥着至关重要的作用。2020年国务院政府工作报告提出要重点支持“两新一重”,进一步明确了城镇化高质量发展和交通基
学位
我国具有储量极为丰富的煤层气(煤矿瓦斯),但煤层气渗透性低,导致开采效率低、产量低。为提高煤层气的抽采效率,开发了很多人工造缝技术,尤其是高压脉冲水压致裂增透技术因其安全、高效和环保等优点获得业内认可。目前已经有很多专家学者针对该技术进行了研究,并对裂纹在煤岩中的分布形态做出精确描述,但大多方法仅适用于煤岩不同层位的裂纹分析,局限于二维层面,若想进一步在三维层面上对裂纹的空间分布形态进行描述和研究
学位
近年来,我国越来越重视西部地区的交通基础设施建设。“十四五”规划中建议实施川藏铁路、西部陆海新通道等一批重大工程以补齐交通基础设施短板,未来我国西部地区将面临更多的铁路、公路等重大交通基础设施建设需求。重大交通基础设施在长期运行中影响因素多、影响范围广、不确定性大,对周边地区的影响难以解析量化,因此在选线决策阶段离不开以专家经验判断为基础的主观决策方法。本文以全景式质性分析理论为基础,按照资料收集
学位
面对西方国家的技术封锁,中国亟需打破关键技术垄断,加快推进国产替代进程,从而提升产业链安全性、稳定性和可靠性。本文从微观视角出发,探讨国有企业在推动国产替代中的基础条件与功能定位,提出国有企业推动国产替代的四种主要模式:自主技术供给模式、创新需求牵引模式、资源配置提升模式、创新生态构建模式,并提出五条实现路径:明确国企创新战略,聚焦核心技术领域;担当协同创新枢纽,完善创新生态系统;构建数字创新平台
期刊
中共二十大报告指出,高质量发展是全面建设社会主义现代化国家的首要任务。推动高质量发展,科技是第一生产力,创新是第一动力,法治是重要保障。调研了解到,当前我国科技创新法律制度体系尚不健全,法律落实还存在一些问题,监管机制不健全,良好的科创发展法治环境还有待建设。在融资、人才、知识产权保护、科技成果转化、科技创新国际发展空间等方面的法治保障还有待进一步加强。建议:完善科技创新法律体系建设及配套政策制度
期刊
岱海及其流域作为我国北方生态屏障的重要组成部分,近年来由于人为和自然因素的干扰,导致岱海湖岸带土壤养分贫瘠,盐渍化加剧,植被覆盖度降低。氮素作为湖岸带生态系统中的关键因子,同样是氮代谢过程的“热区”。因此,研究岱海湖岸带土壤氮代谢过程,对湖岸带土壤恢复及湖岸缓冲带构建具有重要意义。本研究根据岱海湖岸带植物种类区分,选取碱蓬、芦苇、水葱、香蒲、苍耳和扁秆荆三棱覆盖下的植物土壤为研究对象,对多项土壤理
学位