應(yīng)用LES-DSMC方法研究流化床氣固兩相流動(dòng)特性.pdf_第1頁
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1、氣固兩相流動(dòng)被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中,數(shù)值模擬以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),成為氣固兩相流研究的重要手段之一。近年來,由于計(jì)算機(jī)硬件的飛速發(fā)展,直接對(duì)顆粒進(jìn)行跟蹤的離散顆粒模型得到了廣泛的關(guān)注,此類模型將流體相處理為連續(xù)介質(zhì),顆粒相處理為獨(dú)立的離散體系,由于它對(duì)顆粒相運(yùn)動(dòng)進(jìn)行的是顆粒層次的分析,因而可以從顆粒尺度與宏觀尺度模擬流化床氣固兩相流的多尺度結(jié)構(gòu)。
  在離散顆粒模型中,根據(jù)對(duì)顆粒間碰撞過程的處理方法的不同可分為確定性模型和隨機(jī)性模型。

2、已有的應(yīng)用直接模擬蒙特卡羅(DSMC)方法模擬流化床內(nèi)稀疏氣固兩相流動(dòng)的研究中,均采用稀薄氣體分子碰撞概率的計(jì)算方法計(jì)算氣固兩相流中顆粒的碰撞概率,采用層流Navier-Stokes方程模擬氣相流動(dòng)。然而,在高顆粒濃度下顆粒碰撞對(duì)的確定需要考慮高顆粒濃度存在的影響,同時(shí)在高顆粒濃度流化床氣固兩相流動(dòng)中,需要考慮氣體粘性的作用。
  本文建立了離散顆粒運(yùn)動(dòng)-碰撞解耦模型,模型中應(yīng)用DSMC方法模擬顆粒間的碰撞過程。推導(dǎo)了高顆粒濃度氣

3、固兩相流顆粒間碰撞概率的計(jì)算公式,引入徑向分布函數(shù)來考慮局部顆粒濃度不均勻性對(duì)顆粒碰撞概率的影響。采用大渦模擬(LES)研究氣相湍流。應(yīng)用了子網(wǎng)格技術(shù),采用此技術(shù)可以減小計(jì)算工作量并且提高碰撞對(duì)象抽取的合理性。
  應(yīng)用LES-DSMC方法研究了循環(huán)流化床上升管內(nèi)顆粒和顆粒團(tuán)聚物的流動(dòng)特性。得到了時(shí)均顆粒速度和濃度的分布。分析了瞬時(shí)單顆粒的速度、位置以及顆粒所在網(wǎng)格的顆粒濃度隨時(shí)間的變化規(guī)律。研究了氣體表觀速度和碰撞彈性恢復(fù)系數(shù)對(duì)

4、氣固兩相流動(dòng)特性以及顆粒團(tuán)聚物流動(dòng)特性的影響。得到了顆粒碰撞頻率和顆粒溫度隨顆粒濃度的變化規(guī)律。得到了團(tuán)聚物平均存在時(shí)間、生成頻率、平均濃度的分布。由快速傅立葉變換得到的瞬時(shí)顆粒濃度波動(dòng)的主頻范圍為0.1-1.0Hz。對(duì)瞬時(shí)顆粒濃度波動(dòng)的小波多尺度分析結(jié)果表明,離散單顆粒的運(yùn)動(dòng)信號(hào)頻率高,顆粒團(tuán)聚物的運(yùn)動(dòng)信號(hào)頻率低,壁面區(qū)域顆粒團(tuán)聚物的生成頻率高于中心區(qū)域。
  應(yīng)用LES-DSMC方法研究多孔射流鼓泡流化床內(nèi)顆粒和氣泡的流動(dòng)特性

5、。得到了床內(nèi)時(shí)均顆粒速度和濃度的分布。得到了顆粒溫度隨顆粒濃度的變化規(guī)律以及顆粒速度的概率密度分布。研究了氣體表觀速度和碰撞彈性恢復(fù)系數(shù)對(duì)兩相流動(dòng)特性的影響。應(yīng)用快速傅立葉變換得到的瞬時(shí)顆粒濃度的功率譜密度顯示流化床顆粒濃度脈動(dòng)頻率低,能量高,脈動(dòng)主頻率為0.4-1.0Hz,其值與Pain等獲得的0.7-2.0Hz基本吻合。應(yīng)用小波多尺度分析的方法研究瞬時(shí)顆粒濃度的波動(dòng)情況,得到氣泡生成頻率的分布特性,結(jié)果顯示中心區(qū)域氣泡生成頻率高于壁

6、面區(qū)域。應(yīng)用快速攝像(CCD)法研究多孔射流鼓泡流化床內(nèi)氣泡的形成以及在床層表面破碎的過程。采用粒子分布圖像相關(guān)法獲得床內(nèi)不同高度處顆粒時(shí)均軸向和徑向速度的分布,試驗(yàn)與數(shù)值模擬的結(jié)果基本吻合。
  建立了超細(xì)顆粒運(yùn)動(dòng)和碰撞解耦模型,模型中考慮超細(xì)顆粒間范德華粘性作用力的影響。采用LES-DSMC方法研究超細(xì)顆粒氣固兩相流流動(dòng)特性。數(shù)值模擬結(jié)果展現(xiàn)出了超細(xì)顆粒特有的氣相-團(tuán)聚物相兩相流態(tài)化形態(tài),流化過程中團(tuán)聚物呈現(xiàn)出枝狀,條狀,鏈狀

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