一、PIV MEASUREMENT OF THE GAS-SOLID FLOW PATTERN IN A CFB RISER(论文文献综述)
蒋登豪[1](2021)在《循环流化床煤气化过程强化试验研究》文中研究指明循环流化床煤气化技术的反应条件温和,运行温度受到煤灰熔融特性的限制;而且沿提升管高度方向反应温度和颗粒浓度逐步降低,导致气化反应速率受到限制、系统碳转化率偏低等。为了优化循环流化床气化炉提升管内的温度场和气固流场、实现煤气化过程强化,本文主要开展了理论分析和试验研究。在工业实际和理论分析的基础上,提出了气化剂分级耦合顶部扩径提升管的强化措施。针对炉型开发过程中系统运行、提升管内气固流动等关键问题,设计、搭建了冷态试验台,并开展了冷态试验研究。之后,根据冷态试验相关结论进行了热态试验台的设计和搭建,并首先开展了气化剂分级试验。基于试验结果,明确了气化剂分级对气化过程的强化作用,分析了气化剂分级对喷口局部和提升管内热质输运的影响,揭示了气化剂分级的强化机制及实现条件。之后开展了变径提升管循环流化床气化炉气化试验,研究了操作参数和结构参数对气化炉内反应过程的影响。本论文获得的主要结论如下:(1)在冷态试验中,射流对主流的影响表现为射流对壁面下降流颗粒的再夹带作用和对核心区上升颗粒的截断作用之间的竞争。再夹带现象阻碍壁面附近颗粒返混回到密相区,并实现颗粒向核心区的径向输运,使提升管内固含率轴向分布均匀性得到改善。在试验条件下,气化剂分级之后,旋风分离器压力损失明显增加,可能导致系统压力平衡失效,喷口高度为h/H=0.1时,系统稳定性好。提升管顶部扩径结构促进颗粒返混,使提升管内物料量和颗粒浓度增加;同时降低旋风分离器入口颗粒浓度和压力损失,从而改善气化剂分级条件下系统运行的不稳定性。(2)再夹带现象在热态试验中得到验证。该现象可以实现热量和质量向上输运的协同强化,使稀相区内反应温度和颗粒浓度同步提高,煤焦气化反应得到强化。当系统氧煤比、给煤量一定时,在试验范围内气化剂分级的强化作用随二次气化剂比例的增加而增强。对于神木煤,相比于未分级工况,在二次气化剂比例为30%时,冷煤气效率提高14.8%(相对值),碳转化率提高14.3%(相对值),煤气产率提高7%(相对值)。气化剂分级对低活性煤种的气化过程也有一定的强化作用。气化剂分级的强化作用受到二次气化剂氧气浓度和喷口处颗粒浓度的限制。随着二次气化剂氧气浓度增加,颗粒的燃烧速率加快,导致可燃物质被过量消耗,半焦活性降低,使气化剂分级的强化作用受到抑制。在试验条件下,氧气浓度为45%时,气化特性最好;氧气浓度为65%时,喷口处发生结渣。强化作用随二次气化剂风量的增加而增强,但当射流速度达到30m/s、截断作用发生时,气化剂分级的强化作用消失。通过增加喷口数量可以提高再夹带量,进一步增强气化剂分级的强化作用。(3)顶部扩径结构使提升管内物料量增加,反应温度降低,主要促进水蒸气的分解,使煤气中H2含量升高、冷煤气效率提高。但强化作用随氧煤比增加而减弱。顶部扩径结构对低活性煤种的气化过程作用有限。对于变径提升管循环流化床气化炉,随着氧煤比增加,碳转化率、冷煤气效率和煤气产率逐步上升,煤气热值先升高后降低。随着蒸汽煤比增加,碳转化率、冷煤气效率和煤气产率先增加后基本不变,煤气热值逐渐降低。(4)对于神木煤的富氧气化,在试验条件下煤气中焦油含量在11.7-73.3 mg/m3,与操作参数密切相关。随着氧煤比增加,煤气中焦油含量逐渐降低,焦油组分表现出重质化特性。煤气中焦油含量随蒸汽煤比的增加而逐渐降低,多环芳香烃组分含量先降低,在蒸汽煤比达到0.31 kg/kg后有所升高。气化剂分级有利于焦油转化,在二次气化剂比例为30%时,焦油脱除率达到54.6%。(5)循环流化床煤气化底渣的含碳量随粒径呈单峰分布。粒径为2 mm左右的底渣颗粒质量占比大、含碳量高是底渣含碳量偏高的直接原因。与原煤和飞灰相比,底渣的燃烧反应性差,为异相着火方式,着火温度为599℃、燃尽温度为756℃。不同粒径的底渣具有相似的燃烧行为,燃烧反应性主要与其含碳量相关。提高氧气浓度后,底渣的失重峰向低温区移动,同时峰宽变窄、峰高变高,底渣的燃烧过程得到改善。
樊飞虎[2](2021)在《生物质气化流化床内复杂气固两相反应流动的数值模拟研究》文中研究指明生物质作为可再生替代能源,已成为继煤炭、石油和天然气之后的第四大能源。通过燃烧,气化和热解等方法,生物质可转化为生物燃料,气体和化学物质。在这些途径中,气化因其高效率、低污染等原因已被视为最有效的生物质转化技术之一。本文在欧拉-拉格朗日理论框架下,采用适用于气固两相反应流动的多相流体质点网格法(Multiphase Particle-In-Cell,MP-PIC)方法,并耦合了热解模型、焦炭转化模型、均相/异相反应模型等模型,对生物质气化密相流化系统内的气固流动、传热传质、化学反应等进行了研究。第一部分:采用多相流体网格质点法(MP-PIC)方法对喷动流化床开展了全三维数值模拟,研究了床高、水蒸气/生物质比、床温、粒径对气化性能的影响。其次,对喷动流化床内宏观气固流动特性以及颗粒输运特性(颗粒停留时间、颗粒雷诺数、滑移速度、温度和通量等)进行了分析。其研究表明:生物质颗粒在三个区域都具有比床料更大的雷诺数和滑移速度,沙子和生物质在喷动区域的最大雷诺数约为1.3和9.4,最大的滑移速度为0.72m·s-1和1.17m·s-1。整个气相在喷动区域、环隙边界区域、喷泉区域的导热系数为0.09(J·(s·m·k)-1)、0.12(J·(s·m·k)-1)、0.16(J·(s·m·k)-1)。喷动区域、环隙区域和喷泉区域中气相平均密度分别0.21kg·m-3、0.196kg·m-3和0.12kg·m-3。喷动区域、环隙区域和喷泉区域的平均粘度分别为3.97×10-5(kg·(m·s)-1)、3.68×10-5(kg·(m·s)-1)、3.34×10-5(kg·(m·s)-1)。喷口区域、环隙区域和喷泉区域的平均比热容值分别为1928.7(J·kg-1·k-1)、2356.8(J·kg-1·k-1)和2376.1(J·kg-1·k-1)。生物质和沙子在喷口区域、环隙边界区域、喷泉区域的传热系数分别为102.4(W·(m2·k)-1)、75.2(W·(m2·k)-1)、101.7(W·(m2·k)-1),117.4(W·(m2·k)-1)、64.4(W·(m2·k)-1)、131.5(W·(m2·k)-1)。第二部分:开展了实验室尺度的双体流化床的全三维数值模拟,对流化床的宏观气固流动特性以及颗粒运动特性(颗粒雷诺数、滑移速度、颗粒温度、颗粒通量等)进行了探究。首先对多相流体质点网格法(MP-PIC)方法进行了模型验证,进而研究了生物质流量、水蒸气/生物质比对气化性能的影响。随之,研究了操作参数对双体流化床的主要部件气化炉和燃烧室内固相传热系数的影响。其研究表明:在数值模拟允许的范围内,双体流化床出口处获得的干燥无N2的合成气由37.5%H2、25.5%CO、21%CO2、16%CH4组成。双体流化床全回路的气体密度范围从0.2kg·m-3到0.4 kg·m-3,U形管中的气体密度几乎是立管中的2倍。DFB的气化炉内固相的HTC范围为40至80W·(m2·k)-1,燃烧室中固相的HTC为180至280W·(m2·k)-1。生物质能源是我国能源结构的重要组成部分,而发展生物质热解气化技术可提高生物质资源利用率,对于能源结构、减少温室气体排放,发展绿色低碳经济有着重大意义。
朱晓丽[3](2020)在《加压流化床气固流动特性数值模拟及实验研究》文中指出煤炭清洁高效利用是我国能源战略发展的重要方向,其中加压循环流化床煤气化作为一种国际上正在研发、示范的先进气化技术,具有良好的应用发展前景。气化反应器的设计优化、性能预报和大型化,依赖于对其内部复杂气固流动特性的理解。然而相比于常压流化床,高压操作条件不仅能够影响气固流动行为和颗粒团聚状态,并且对实验测量手段和数值建模方法都提出了较高的挑战,目前对于加压流化床气固流动特性的研究和相关物理规律的理解较为匮乏。本文基于非介入式电容层析成像技术和多尺度计算流体力学方法,分别对二维加压鼓泡床和中试规模加压循环流化床气固流动特性展开实验测量和数值模拟研究,揭示临界流化速度、气泡动态行为、颗粒沿床层不同位置的浓度与速度分布、气固流型转变以及颗粒循环流率等关键流动特性随操作压力的变化规律,为加压流化床反应器的设计和大型化提供理论依据和实验数据支持。首先,以开源软件OpenFOAM、LIGGGHTS以及CFDEM为框架,进行二维加压鼓泡流化床的CFD-DEM耦合数值模拟。系统地研究了操作压力和气速对鼓泡床内复杂颗粒运动和气泡行为的影响。计算结果表明,颗粒临界流化速度随操作压力升高而减小,且操作压力对大粒径颗粒影响程度更高;随流化数(表观气速与临界流化速度比值)提高,颗粒轴向速度增大,压差波动标准差增大,同时气泡尺寸和数量均有所增加;随操作压力升高,压差波动标准差减小,气泡破碎加剧造成气泡尺寸减小、数量增加,气固流动结构更加均匀,颗粒混合速率有一定程度提升。其次,基于MP-PIC方法,以BarracudaTM软件为计算平台,并嵌入EMMS非均匀曳力模型,对中试规模加压循环流化床开展三维全回路CPFD数值模拟。通过计算分析,揭示了循环回路内颗粒浓度和速度的时空分布规律,分析了曳力模型对计算结果的影响,探究了操作压力对气固流动的作用规律。计算结果表明,提升管内颗粒分布呈现上稀下浓、中心稀边壁浓的非均匀分布特性,密相区存在明显的颗粒团聚现象;相比于Wen-Yu/Ergun均匀曳力模型,EMMS曳力模型在颗粒分布、循环流率和团聚物尺度等方面的预测结果更接近于实验值;随操作压力升高,颗粒沿提升管轴向和径向分布均匀性提高,颗粒轴向速度增大,参与外循环的颗粒粒径范围增大,同时旋风分离器内压降以及颗粒切向速度和轴向速度均有所提升。然后,采用电容层析成像技术和高频压力测量,在加压循环流化床试验台上开展了鼓泡流态化至快速流态化流型转变过程的实验研究。通过图像重建和测量信号统计分析,揭示了操作压力对各临界流型转变速度的影响,以及气泡特征在不同压力和流化数下的变化规律。实验结果表明,随操作压力升高,临界流化速度以及鼓泡至湍流流态化、湍流至快速流态化的临界流型转变速度均有所减小;在一致的流化数下,随操作压力升高,气泡直径和上升速度减小;在相同的操作压力下,随流化数升高,气泡直径和上升速度先增大然后基本保持稳定。最后,运用电容层析成像技术对加压循环流化床返料系统进行了在线监测和颗粒循环流率测量。通过电极优化设计和双层同步测量,实现了传统的积料测量法在高压不透明循环流化床中的应用,并通过引入相关性分析技术,实现了在不打破系统稳定运行的前提下颗粒循环流率的在线测量。通过论文研究,实现了加压循环流化床非介入式电容层析成像测量和CPFD全循环回路的数值计算,揭示了复杂的多尺度非线性气固流动特性及操作压力的影响规律,为加压流化床反应器的设计运行和过程调控提供了理论依据和实验数据支持。
邵亚丽[4](2020)在《基于移动床空气反应器的化学链燃烧系统气固流动特性研究》文中研究表明化学链燃烧技术是一种新型的燃烧技术,具有CO2捕集能耗低、NOx排放少和能源利用率高的特点。合理的反应器结构能够保证系统具有燃烧效率高、运行稳定性高、调节灵活性强等特点。目前,化学链燃烧系统反应器的设计仍处于探索阶段,众多研究机构提出了不同的反应器结构设计方案。大部分方案中燃料反应器和空气反应器均为流化床,这要求系统中有两个动力源来维持载氧体颗粒在燃料反应器与空气反应器间的往复循环,导致了系统结构相对复杂,运行相对繁琐,难以实现两个反应器的灵活匹配。为了减少动力源,将空气反应器设计为移动床是一个有效方案。但是,传统的气固逆流移动床仅具有一个气体入口和一个气体出口,这导致反应器气体处理能力和系统热功率有限,无法适应工业化应用中对热功率规模的要求。本文针对化学链燃烧系统反应器设计当中遇到的多动力源系统结构复杂和单动力源系统热功率规模有限的问题,建立了具有高气体处理能力的移动床空气反应器,并将其嫁接于循环流化床下降管中部,形成了具有简洁结构的单动力源化学链燃烧系统。采用试验与模拟相结合的方法从宏观和微观的角度详细研究了气固流动特性、系统运行稳定性和工况调节灵活性。主要研究内容及成果如下所示:采用CFD-DEM方法建立了移动床准二维数值模型,实现了具有稳定流率的移动床运行。在此基础上,采用颗粒示踪的方法研究了移动床内颗粒停留时间的分布,以及反应器角度1、下料段角度2和下降管与反应器底部直径比d/D等结构参数对颗粒流动特性的影响。结果表明,反应器上部为整体流,下部为漏斗流;随着1的减小,2的增大或者d/D的增大,停留时间分布的无因次方差减小,颗粒流动更接近于理想的平推流;1对近壁面区域颗粒轴向速度影响较大,2主要影响反应器下部中心区域颗粒轴向速度分布,d/D则影响整个反应器内的颗粒速度分布。基于模拟得到的颗粒运动信息,进一步采用BP神经网络建立了颗粒流动与多个结构参数间的定量关系,并通过前序遍历获得了满足要求的空气反应器本体结构参数(1=83o,2=55o,d/D=0.2)。基于以上设计的反应器本体结构,进一步耦合多级配风装置,建立了多级移动床空气反应器。试验结果表明,相较于传统移动床,反应器气体处理能力得到了有效提升,每立方米体积的气体处理量从0.12 Nm3/s提高至0.41 Nm3/s。借助于示踪气体研究了进气流量和出口压力对气体流动路径的影响,结果表明进气流量增大会导致气体在级间流动的比例随之增大;在对气体流动路径进行有效规范时,需遵循“自下而上”的原则(即从反应器下部的背压开始调节)。随后,建立了基于多级逆流移动床空气反应器的化学链燃烧冷态试验系统,成功实现了准稳态的颗粒循环。改变运行参数,通过对压力信号从时域和频域的角度进行分析,获得了系统内深层次的气固流动规律。当燃料反应器气体流化数Nf减小、循环通量Jp增大或颗粒初始堆积高度Hc增大时,空气反应器侧与燃料反应器侧的压降比减小;当Nf过小时,提升管内出现周期性的活塞流,为避免该现象发生,系统需运行于快速流态化的下边界1)=1.528×0.237和上边界1(9)=2.2×0.351之间。在准稳态的颗粒循环建立后,进一步运行空气反应器,结果显示空气反应器的运行对颗粒循环几乎没有影响,且两个反应器之间几乎没有窜气,表明快速床燃料反应器和移动床空气反应器间具有良好的耦合特性。焦炭捕集回路运行结果表明,持续返料时二级下降管内物料进出不平衡可能导致燃料反应器与二级下降管间发生窜气,并影响系统内稳定的颗粒循环。最后,采用欧拉-欧拉法对化学链燃烧系统建立了三维全场冷态数值模型,分析了燃料反应器、空气反应器、下降管等构件内的气固流动特性,拓展了对系统内部复杂流体动力学特征的认知。燃料反应器内气固浓度、速度和颗粒通量的分布在反应器底部和顶部呈现不对称性,在反应器中部呈现良好的对称性,这是由单侧返料和单侧出料结构所导致。随着颗粒粒径从0.6 mm减小至0.3 mm,燃料反应器内团聚物出现频率从1.21-1.47 Hz增大至2.27-3.00 Hz,团聚物平均存在时间从0.26-0.31 s减小到0.07-0.10s,总存在时间分率从0.34-0.41减小到0.18-0.24。空气反应器内气体速度、气体浓度和颗粒浓度分布的均匀性较高,均匀性系数大于0.97,而颗粒速度分布的均匀性指数较小,其数值小于0.6。空气反应器本体的塔式结构有效消除了反应器上部由于颗粒堆积所形成的空腔。
陈艳[5](2020)在《基于CPFD的流化床流动特性及甲烷化过程数值模拟与强化》文中指出“富煤少气”是我国的现状,实现煤炭资源转变为天然气是符合我国能源战略要求的,而作为煤制天然气关键步骤的甲烷化一直是研究热点。传统固定床存在反应器散热困难、受热不均匀等问题。而流化床反应器具有较高的热容量,在反应过程中床层温升小,适用于甲烷化反应。本文基于CPFD方法对流化床反应器内的整体流动规律、传热及甲烷化过程进行了研究。首先针对流化床反应器,基于CPFD数值模拟方法建立了流化床模型,深入研究了流化床反应器内的整体流动规律。分析了气速、初始物料高度及操作压力等对流化床轴径向气固流动规律的影响;定性分析了流化床反应器内的颗粒返混行为。结果表明:(1)流化床反应器内轴向颗粒体积分数呈“S”形分布,径向颗粒颗粒体积分数呈“U”形分布,径向颗粒速度呈倒“U”形分布。(2)流化床的颗粒分布呈现不均匀性,且在壁面附近趋于团簇。随着气速的增加颗粒分布的不均匀性降低。(3)在流化床的同一高度截面上,颗粒在流化床的中心处的停留时间较短,在壁面处的停留时间较长。其次建立流动-传热模型,分析了不同气速、颗粒粒径、床层温度对传热的影响。结果表明:(1)流化床反应器内中心处的颗粒温度较低,靠近壁面处的颗粒温度较高。(2)随着颗粒粒径增大,颗粒温度逐渐降低。与大粒径颗粒相比,粒径较小的颗粒与壁面的接触点及面积更大,更有利于传热。(3)随着床层温度的增加,颗粒及气体温度均增加。最后建立流动-甲烷化反应耦合模型,获得了流化床反应器内温度、组分浓度的分布,分析了气速、压力、进口温度、原料气组成对甲烷化过程的影响。结果表明:(1)在反应过程中整个颗粒床层温度很均匀,维持在700 K左右。(2)随着操作压力不断增加,甲烷产率不断增大,当压力大于1.4 MPa时,甲烷产率达到最大,增加不再明显。(3)随着H2/CO的增加,甲烷产率先增加后降低,H2/CO为3.5时甲烷产率最大。(4)通过正交实验发现对甲烷化过程影响最大的因素是进口气速,最优的操作参数组合是进口气速为2 m/s、H2/CO为3.5、温度为560 K。
张杨鑫[6](2020)在《换热法测量高温循环物料流率的试验研究》文中提出循环流化床(CFB)锅炉是一种能够低成本、高效控制燃烧污染物排放的清洁煤燃烧技术,近年来得到了广泛的关注和快速的发展。在循环流化床中,物料循环流率是表征炉内物料平衡和压力平衡的重要参数,它同时可以反映循环流化床锅炉炉内传热和传质、炉内温度的均匀性、以及锅炉内物料的流动状态,而炉内流动状态又影响炉内的燃烧过程,进而影响污染物的生成。因此,准确掌握循环物料流率,对于循环流化床锅炉的设计和运行十分重要。本文基于在线测量循环物料流率的目的,通过测量高温物料与低温壁面之间的换热量获得实际循环流化床锅炉的循环物料流率。根据换热法的基本原理确定了两条研究路线。一是通过热态试验进行关联式的研究,二是通过数值模拟的方法,研究某220t/h锅炉循环物料在料腿横截面上的浓度分布规律,即气固两相流与换热管表面传热系数和固体流率之间的关联式以及料腿中物料流动规律。试验研究首先建立了一套热态试验装置系统,通过热态试验,得到了温度、流率、粒径等参数对传热系数的影响规律,通过对试验数据的拟合获得不同物料流率与壁面传热系数之间的关联式。数值模拟研究借助BarracudaTM软件进行,针对某220t/h锅炉的分离器和料腿,设置对应的锅炉运行温度(800℃)进行模拟,通过对模拟结果的分析,得到了料腿入口的稀相区在不同高度处横截面的浓度分布规律;同时,对不同试验工况条件下固体颗粒的下落速度进行模拟,并计算了截面固体颗粒空隙率,为换热关联式的推导奠定了基础。热态试验研究发现,当颗粒温度和颗粒粒径相同时,传热系数随物料流率的增加而增大;物料流率和颗粒粒径一定时,传热系数随温度的升高而增大;颗粒粒径的增大则会显着地降低传热系数。试验最终得到颗粒流外掠圆管特征数方程,适用条件为0.1≤d≤6.0mm;0.1≤p≤10.0MPa;293≤Ts≤1713K。对试验数据计算得到的传热系数进行偏差分析,出口水温和颗粒温度的偏差均小于5%,最终传热系数的数据偏差都在±20%内,符合传热学精度要求;热态试验的物料颗粒流率测量值都能够落在计算模型预测值的±25%以内,具有比较高的精度。数值模拟的结果表明,220t/h锅炉料腿中截面上物料浓度呈现中间稀,两边浓的不均匀结构,中心侧流率小于50kg/(m2·s),而壁面侧物料浓度达到103kg/(m2·s)以上;根据不同高度的分布曲线变化,横截面上径向方向的颗粒浓度可按分段函数处理,函数形式为二次函数。试验台尺寸的高温工况颗粒速度模拟结果中发现颗粒速度在换热管附近随温度的变化比较明显,速度最高可达到2.2m/s,速度对传热系数的影响主要是改变了颗粒的浓度,以及颗粒与壁面的接触时间。本文根据换热法测量的基本原理,开展了热态试验和数值模拟两部分的工作,最终得到了换热法测量循环流率的计算方法和理论依据,并给出了该方法的经验关系式和适用范围,为将来实现换热式流量计的实际应用奠定了理论基础。
宋加龙[7](2019)在《加压流化床气固流动特性研究》文中认为加压富氧流化床燃烧技术是一种具有良好应用前景的CO2捕集技术之一,近年来受到国内外的广泛关注。本文开展加压流化床中气固流动特性研究工作,针对加压鼓泡流化床、加压循环流化床,研究了操作压力及流化风速等参数对临界流化风速、气泡特性、气流分布、颗粒分布及运动等方面的影响,为加压流化床的设计和放大提供一定的理论参考。首先,搭建加压鼓泡流化床实验台,研究操作压力(1bar6bar)、流化数等对临界流化风速、床层膨胀高度、气泡尺寸、气泡上升速度等气固流动特性的影响规律。实验结果发现,随着操作压力的升高,颗粒临界流化风速减小,但是大粒径颗粒的临界流化风速受压力的影响比小粒径颗粒更加明显。随着操作压力的升高,在相同流化数条件下,床层膨胀高度减小,对于大粒径的玻璃珠颗粒,气泡平均尺寸随操作压力的升高而减小,而对于小粒径的玻璃珠颗粒,操作压力对气泡尺寸没有明显的影响,Cai公式计算的气泡尺寸与实验值差别较小。随着操作压力的升高,气泡上升速度减小,依据Shen公式计算出的结果与实验值误差较小。对实验中得到的气泡平均尺寸和气泡平均上升速度进行拟合,得到了在不同操作压力下的实验关联式,随着操作压力的升高,关联式中的比例系数k值减小。其次,利用CFD-DEM模型对加压鼓泡流化床进行了数值模拟,研究了操作压力(1bar、6bar、10bar)及流化数等对床层差压时序信号、气固流型转变速度、气泡份额、气泡尺寸、气泡上升速度、颗粒流率及颗粒混合等方面的影响,并与实验结果进行了比较分析。结果表明,随着操作压力的升高,从鼓泡流态化向湍动流态化转变的风速减小。随着操作压力的升高,气泡尺寸变小但气泡运动更加剧烈,气泡上升速度减小,气泡份额略有下降,气泡流所占的体积分数增大,穿过乳化相气流体积分数的变化较小,穿流的体积分数逐渐减小,同时穿流体积分数随流化数的增加而增大。加压条件下的固体颗粒流率和混合速率均大于大气压条件下的固体颗粒通量和混合速率,这种差异在低流化数时更为显着。最后,搭建冷态加压循环流化床实验台,研究了操作压力(1bar6bar)、流化风速及固体通量等对颗粒浓度轴径向分布、表观气固滑移速度、无量纲气固滑移速度及表观气固滑移因子等方面的影响,并与文献结果进行了比较分析。发现,随着操作压力的升高,为达到相同的固体通量,所需的流化风速显着降低。在相同固体通量条件下,不同操作压力条件下的颗粒浓度沿轴向分布规律较为一致,即颗粒浓度沿轴向分布逐渐减小。当同一轴向位置的颗粒浓度相同时,加压条件下的表观气固滑移速度明显减小。在不同操作压力条件下,表观气固滑移因子随表观气固滑移速度的变化速率随操作压力的增大而减小,表观气固滑移因子与无量纲气固滑移速度间的关系比较相似,表观气固滑移速度均随着无量纲气固滑移速度的增大成指数形式增大。通过对实验数据的统计计算,得到颗粒循环通量与滑移速度、颗粒浓度的间的实验关联式。
王帅[8](2019)在《流化床内稠密气固两相反应流的欧拉-拉格朗日数值模拟研究》文中指出稠密气固两相反应系统广泛存在于能源、化工和冶金等工业领域之中,其内涉及多尺度、多场和多物理过程的强烈耦合。随着计算机硬件和算法的快速发展,计算流体力学作为理论分析和实验测量的重要补充方法得到越来越广泛的应用,其充分而全面地再现了稠密气固两相反应系统内的流动和传热传质特性。本文基于欧拉-拉格朗日理论框架,发展了适用于稠密气固两相反应流的大规模并行CFD-DEM和MP-PIC计算平台,并耦合了适用于多分散性颗粒系统的传热模型(颗粒-颗粒导热、颗粒-流体-颗粒导热、颗粒-流体对流传热和颗粒辐射传热)、热解模型、焦炭转化模型、均相/异相反应模型、缩核模型和污染物生成模型等子模型。采用该方法对工业实际中常见的几种流态化设备内的气固流动、传热传质、化学反应以及污染物生成等进行了研究。研究内容主要包含以下三个部分。第一部分采用CFD-DEM方法开展了循环流化床的全三维数值模拟,研究了流化风速和环状构件对循环流化床内宏观气固特性以及颗粒输运特性(颗粒混合和耗散、颗粒停留时间、颗粒循环流率、颗粒受力和速度、颗粒拟温度等)的影响。改变流化风速可以使循环流化床处于两种流态:快速流态化和稀相输运状态。环状构件采用了四种布置方式,除了固相浓度和压强分布外,重点考察了构件数量和间距对系统性能的影响。第二部分开展了循环流化床结构优化和放大设计的研究。对于双侧返料循环流化床而言,首先基于瞬时压降和流量变化确定系统达到动态稳定的时间。随后,研究了宏观气固流动特性以及压强信号特征,并探究了不同操作工况对颗粒停留时间的影响。此外,分析了快速流态化和稀相输运状态下提升管内的固相返混特性。最后,研究了双侧返料结构对提升管内气固流动非均匀性的改善。对于六个旋风分离器并联布置的循环流化床而言,首先研究了旋风分离器不同的布置方式对气固流动的影响,获得了压强的整床分布,分析了分离器内物料分配的不均匀性。其次,研究了提升管内的颗粒聚团行为。最后,获得了丰富的颗粒尺度信息,如返混强度、耗散强度、颗粒受力、颗粒旋转等。第三部分开展了循环流化床内传热传质、化学反应和污染物生成的研究。首先将CFDDEM方法和传热模型耦合,在单颗粒的基础上对颗粒-颗粒导热、颗粒-流体-颗粒导热以及颗粒-流体对流传热模型进行了检验。在准二维鼓泡床上对传热模型进行了验证,并研究了三种传热机制的占比。随后将模型应用于全三维的循环流化床内气固传热的模拟,研究了颗粒温度的演变规律以及旋风分离器壁面的磨损。其次,在传热模型的基础上将CFDDEM方法进一步和化学反应模型相耦合,全面考虑了颗粒-颗粒/壁面碰撞、湍流、传热传质、辐射、颗粒缩核、热解、均相和异相反应等,并对流化床反应器内的生物质气化过程进行了数值模拟。最后,通过实验室尺度的串行流化床燃料反应器部分的全三维数值模拟对MP-PIC方法进行了验证,并研究了床温、水蒸气/生物质比和燃料种类对气化性能的影响。随之,在此基础上耦合了污染物生成模型,对浙江大学能源工程学院热能所的0.5 MW中试尺度的循环流化床煤和垃圾衍生燃料(Refuse derived fuel,RDF)混烧过程进行了全三维数值模拟,全面揭示了床内整场气固流动、燃烧和污染物生成特性。
刘丙超[9](2019)在《循环流化床冷模装置设计及流态化实验研究》文中进行了进一步梳理循环流化床反应器凭借其处理量大、操作方便、可连续生产等优势在石油化工、环境保护、生物质加工等领域具有广泛的应用。提升管反应器作为催化裂化的核心装置,其内部气固流态化特性对目的产物的分布及收率具有重要的影响。为了研究循环流化床气固流动规律,本课题首先根据实验及教学需求,在特种实验楼搭建了一套大型的多功能循环流化床冷模实验平台。主要通过气量核算、压力平衡计算等对装置主要部分的结构尺寸进行设计,然后根据工艺需求及实验条件选取所需的流量计、压缩机等设备,并进行相应管路的铺设及连接。该实验平台包括两个独立运行的系统,一方面可以实现等径、扩径等不同结构提升管流态化实验的研究,另一方面可以实现循环湍动流化床流态化实验研究,并且通过改变操作气速,还可以用来研究鼓泡床、湍动床等不同床型气固流动行为。本论文首先在新建的冷模实验平台上对传统等径提升管进行研究,进一步明确了其内部存在的轴径向不均匀流动行为。然后,为了加强气固接触和改善流动结构,在前人研究的基础上提出了一种新型结构的扩径提升管反应器。结果表明,新型底部扩径提升管反应器颗粒浓度在轴向上仍呈现“上稀下浓”的分布形式,但底部区域的颗粒浓度显着提高。同时扩径结构可以使斜管下来的再生催化剂得到重新分配,加强气固两相的接触混合,使颗粒浓度径向分布更加均匀。除此之外,其特殊的结构可以保证较大的颗粒循环速率,从而维持了反应所需的大剂油比。循环湍动流化床作为一种新型流化床,其在循环流化床和湍动流化床的基础上取长补短,具有十分广阔的应用前景。本文在新设计的新型循环湍动流化床反应器上对其内部气固流动行为进行了初步的实验研究。结果显示:循环湍动流化床可以在保持高颗粒通量的前提下,有效提高床层的颗粒浓度,同时削弱了床层径向不均匀的“环-核”流动,改善了气固分离现象。通过颗粒浓度瞬时信号及概率密度分布,可以发现床层颗粒浓度波动信号始终保持在较高水平,不同位置均存在代表稀浓两相的双峰,同时,床层中存在的局部内循环进一步加强了气固接触,可以有效地提高床层的传质和传热效率。
杨新[10](2019)在《基于压力信号的双循环流化床大异重颗粒流动规律研究》文中提出当前,利用流化床装置进行的气化技术是生物质能源利用的重要途径。其中双循环流化床系统采用鼓泡流化床和快速流化床组合的方式,对生物质气化反应涉及到的气化和燃烧过程进行分区强化,可有效提高产气品质和产量。该系统因两床流化状态的不同而存在复杂的颗粒流动规律,且生物质-惰性流化介质混合颗粒的物性差异又会加剧其复杂程度。为此,本文采用石英砂与稻壳所组成的大异重颗粒作为实验床料,分别在鼓泡流化床和双循环流化床冷态实验装置上进行压力信号分析,研究其波动特性与颗粒流动规律间的关系,建立数据驱动模型和动力学模型实现颗粒循环流率等状态参数预测和故障诊断,为双循环流化床气化装置的运行、设计提供理论基础。(1)在鼓泡床冷态实验装置上,对稻壳-石英砂大异重颗粒的初始流化特性进行实验研究和初始流化速度经验公式的回归拟合,发现大异重颗粒中稻壳质量分数和石英砂粒径的增加将造成颗粒初始流化速度的增大;对不同表观气速、床层物料质量、石英砂颗粒平均粒径和稻壳质量分数下的床层压力信号进行的特征提取方法表明鼓泡床内颗粒的运动规律在很大程度上受气泡相的影响,因而其压力信号的主频多分布在5Hz左右,HHT变换后中频段和小波多分辨率分析后的3尺度(6.25~12.5 Hz)和4尺度(3.125~6.25 Hz)所占能量较大,且递归图和特征参数通过非线性分析方法同样表明床内颗粒运动因气泡相的影响呈现明显间歇性。(2)在双循环流化床冷态实验装置上,对双床间大异重颗粒流动规律开展了实验研究,发现表征运动规律的循环流率和循环物料组分随气化室风速、提升管风速、床层物料量、石英砂粒径以及初始稻壳质量分数的变化而呈现不同的变化规律,且初始床层物料量对颗粒运动规律的影响较大,在实际生产中应加强对该参数的监测和控制;基于实验结果,建立用于颗粒循环流率和循环物料组分变化预测的BP神经网络、遗传算法优化的BP神经网络、支持向量机、最小二乘支持向量机、核极限学习机和核极限学习机模型。其中,核极限学习机模型对上述两状态参数预测的平均绝对百分比误差分别为2.35%和1.48%,具有较高的泛化能力和预测精度且预测时间较短,可作为较优模型实现对运行过程中状态参数的监测与预警。(3)在不同控制参数下,通过压力信号分析方法对双循环流化床系统的提升管(快速床)内颗粒流动规律进行研究,发现压力信号波动的平均频率分布在25Hz左右,且HHT变换后的高频部分和小波多分辨率分解后的1尺度(25~50 Hz)和2尺度(12.5~25 Hz)能量的占比较大,表明提升管内颗粒运动时存在强烈的颗粒碰撞、摩擦作用。此外还发现提升管风速的通过控制两床间颗粒循环流率影响到气化室内的颗粒运动规律,使其压力信号主频分布于10Hz左右,其小波分析时2尺度(12.5~25 Hz)和3尺度(6.25~12.5 Hz)能量占比较大,且对应的递归参数(层流率)也呈现一定的变化规律。(4)过向双循环流化床中加入生物质结块和堵塞气化室布风装置不同区域的方法,模拟床内发生的结块和堵塞故障,进行各故障状态下压力信号特征参数与结块程度、堵塞位置间关系的研究,发现结块、堵塞故障将造成颗粒流动规律的变差,并使对应的压力信号波动特征随故障的不同而呈现不同变化规律。在此基础上,采用小波分解(变分模态分解)与样本熵(特征能量)相结合的方法对压力信号进行特征提取,并建立核极限学习机模型实现对故障的诊断和分类,其中,基于小波分解与特征能量提取的核极限学习机模型在对故障诊断时的训练和测试精度分别高达100%和82.50%,可实现压力信号在双循环流化床系统诊断方面的应用。(5)根据颗粒浓度分布(密相-稀相分区)和颗粒速度变化(加速-充分发展区)分别建立提升管压降模型,比较选取较优提升管压降模型,然后基于两床压力平衡和床料质量守恒建立双循环流化床动力学模型,实现大异重颗粒循环流率的预测。模型建立过程中,根据各分区特点将大异重颗粒分别采用均相颗粒或分相颗粒进行替代。预测结果表明,尽管对大异重颗粒循环流率的预测存在一定误差(最大误差-22.18%),但该动力学模型对控制参数与循环流率间关系的预测与实验测量具有相同的变化趋势,因此其在对双循环流化床系统尤其是大异重颗粒时的循环流率预测具有较高的适用性。
二、PIV MEASUREMENT OF THE GAS-SOLID FLOW PATTERN IN A CFB RISER(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、PIV MEASUREMENT OF THE GAS-SOLID FLOW PATTERN IN A CFB RISER(论文提纲范文)
(1)循环流化床煤气化过程强化试验研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 流化床气化技术及其发展 |
1.2.1 鼓泡床气化炉 |
1.2.2 循环流化床气化炉 |
1.3 循环流化床气化炉的工作原理 |
1.3.1 煤的气化过程 |
1.3.2 提升管内的气固流动行为 |
1.3.3 操作参数对循环流化床煤气化过程的影响 |
1.4 流化床气化过程强化 |
1.4.1 气化剂分级 |
1.4.2 气化飞灰回送 |
1.4.3 复合型流化床气化炉 |
1.4.4 新型循环流化床气化炉 |
1.4.5 小结与评价 |
1.5 本论文研究目的和主要内容 |
1.5.1 研究目的 |
1.5.2 主要研究内容 |
第2章 循环流化床煤气化炉气化特性 |
2.1 引言 |
2.2 循环流化床煤气化过程分析 |
2.2.1 工艺流程 |
2.2.2 过程分析 |
2.3 循环流化床煤气化底渣的理化特性 |
2.3.1 样品表征及分析方法 |
2.3.2 底渣含碳量随粒径的分布 |
2.3.3 理化结构特性 |
2.3.4 灰特性 |
2.3.5 燃烧特性 |
2.4 循环流化床煤气化过程强化分析 |
2.5 本章小结 |
第3章 气化剂分级冷态试验研究 |
3.1 引言 |
3.2 试验装置和方法 |
3.2.1 试验装置的设计和调试 |
3.2.2 试验物料和方法 |
3.2.3 试验条件 |
3.3 试验结果与讨论 |
3.3.1 再夹带现象 |
3.3.2 操作参数对系统运行的影响 |
3.3.3 气化剂分级对轴向固含率的影响 |
3.3.4 二次气化剂风量对系统运行的影响 |
3.3.5 底部结构对系统运行的影响 |
3.3.6 顶部结构对系统运行的影响 |
3.4 本章小结 |
第4章 循环流化床气化炉气化剂分级试验研究 |
4.1 引言 |
4.2 试验台设计 |
4.2.1 设计条件 |
4.2.2 工艺流程 |
4.2.3 性能计算 |
4.2.4 结构计算 |
4.3 试验台建设和调试 |
4.3.1 冷态调试 |
4.3.2 热态调试 |
4.4 试验装置及方法 |
4.4.1 试验物料 |
4.4.2 试验方法 |
4.4.3 样品收集及表征 |
4.5 试验结果及讨论 |
4.5.1 气化剂分级对气化过程的影响 |
4.5.2 二次气化剂位置的影响 |
4.5.3 二次气化剂比例的影响 |
4.5.4 二次气化剂氧气浓度的影响 |
4.5.5 二次气化剂风量的影响 |
4.5.6 气化剂分级对不同粒径用煤气化过程的影响 |
4.5.7 气化剂分级对不同煤种气化特性的影响 |
4.5.8 强化机制分析 |
4.6 本章小结 |
第5章 变径提升管循环流化床气化试验研究 |
5.1 引言 |
5.2 试验装置及方法 |
5.3 试验结果及讨论 |
5.3.1 氧煤比的影响 |
5.3.2 蒸汽煤比的影响 |
5.3.3 扩径结构的影响 |
5.3.4 扩径结构对不同煤种气化特性的影响 |
5.4 本章小结 |
第6章 结论与展望 |
6.1 主要结论 |
6.2 主要创新点 |
6.3 未来工作展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
(2)生物质气化流化床内复杂气固两相反应流动的数值模拟研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.1.1 开发新能源的重要性 |
1.2 生物质能源简述 |
1.2.1 生物质气化过程 |
1.2.2 生物质气化工艺类型 |
1.3 国内外研究现状 |
1.3.1 生物质气化过程的试验研究 |
1.3.2 气固反应数值模拟方法 |
1.4 研究目的及研究内容 |
第二章 数学模型和数值方法 |
2.1 MP-PIC方法 |
2.1.1 气相控制方程 |
2.1.2 固相控制方程 |
2.2 化学反应模型 |
2.2.1 热解模型 |
2.2.2 气相燃烧模型 |
2.3 本章总结 |
第三章 喷动床内气固两相反应流动的数值模拟 |
3.1 冷态喷动床数值模拟 |
3.2 热态喷动床数值模拟 |
3.3 宏观气固流动特性 |
3.4 固相运动及喷动环隙边界 |
3.5 气相温度分布特性 |
3.6 导热系数和比热容分布特性 |
3.7 密度和粘度分布特性 |
3.8 固相停留时间特性 |
3.9 颗粒雷诺数和滑移速度分布特性 |
3.10 气体组分分布特性 |
3.11 气-固通量分布特性 |
3.12 颗粒空隙率和传热系数特性 |
3.13 固相温度分布特性 |
3.14 生物质的质量分布与化学反应速率 |
3.15 生物质成分的耗散性 |
3.16 颗粒运动轨迹分布 |
3.17 生物质成分分布特性 |
3.18 本章小结 |
第四章 双体流化床内气固流动特性的研究 |
4.1 双体流化床生物质气化数值模拟 |
4.1.1 数值模拟对象 |
4.1.2 网格敏感性分析 |
4.1.3 模型验证 |
4.2 气固流动宏观特性 |
4.3 气-固通量分布特性 |
4.4 气体分布特性 |
4.5 气固温度和密度分布特性 |
4.6 传热系数和雷诺数分布特性 |
4.7 本章小结 |
第五章 结论与展望 |
5.1 结论 |
5.2 研究展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录 |
附录A 硕士期间发表文章 |
(3)加压流化床气固流动特性数值模拟及实验研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
符号说明表 |
第1章 引言 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 流化床气固流动特性研究进展 |
1.2.1 加压鼓泡流化床气固流动特性 |
1.2.2 加压循环流化床气固流动特性 |
1.3 气固流动测量技术研究进展 |
1.3.1 常规测量手段 |
1.3.2 电容层析成像技术 |
1.4 气固流动模拟方法研究进展 |
1.4.1 TFM方法 |
1.4.2 CFD-DEM方法 |
1.4.3 CPFD方法 |
1.4.4 曳力模型 |
1.5 本文研究目的和研究内容 |
1.5.1 本文研究目的 |
1.5.2 本文研究内容 |
第2章 加压鼓泡床CFD-DEM数值模拟 |
2.1 CFD-DEM数学模型 |
2.2 数值模型验证 |
2.3 模拟工况与参数设置 |
2.4 临界流化速度 |
2.5 颗粒运动与分布 |
2.5.1 气固流动特性 |
2.5.2 颗粒体积分数分布 |
2.5.3 颗粒速度分布 |
2.6 压差波动及流型 |
2.6.1 流化数影响 |
2.6.2 操作压力影响 |
2.7 气泡特性 |
2.8 颗粒混合 |
2.9 本章小结 |
第3章 加压循环流化床全回路CPFD数值模拟 |
3.1 CPFD数学模型 |
3.2 模拟工况与曳力模型 |
3.2.1 模拟工况和参数设置 |
3.2.2 曳力模型 |
3.2.3 网格和计算时间无关性验证 |
3.3 流动特性及曳力模型作用 |
3.3.1 回路压力分布 |
3.3.2 颗粒体积分数分布 |
3.3.3 颗粒速度分布 |
3.3.4 颗粒循环流率 |
3.4 操作压力对气固流动影响 |
3.4.1 颗粒体积分数分布 |
3.4.2 颗粒速度分布 |
3.4.3 颗粒粒径空间分布 |
3.4.4 旋风分离器内压降与速度 |
3.5 本章小结 |
第4章 气固流型转变与气泡特性实验研究 |
4.1 试验台及测量系统 |
4.2 ECT传感器 |
4.2.1 ECT传感器设计 |
4.2.2 图像重建方法 |
4.2.3 ECT静态实验 |
4.3 测量信号分析方法 |
4.3.1 时域分析 |
4.3.2 频域分析 |
4.3.3 希尔伯特-黄变换 |
4.4 气固流动特性与流型识别 |
4.4.1 ECT图像重建 |
4.4.2 测量信号统计分析 |
4.5 操作压力对流型转变影响 |
4.5.1 临界流化速度 |
4.5.2 流型转变速度U_c和U_k |
4.6 气泡特性 |
4.6.1 气泡尺寸 |
4.6.2 气泡上升速度 |
4.7 本章小结 |
第5章 返料系统在线监测及循环流率测量 |
5.1 颗粒循环流率求解方法 |
5.2 相关性分析和ECT测量系统 |
5.2.1 相关性分析 |
5.2.2 ECT测量系统 |
5.3 返料系统内颗粒分布状态监测 |
5.4 颗粒循环流率测量 |
5.5 本章小结 |
第6章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 论文的创新点 |
6.3 未来的工作展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
(4)基于移动床空气反应器的化学链燃烧系统气固流动特性研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
主要符号表 |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 化学链燃烧系统反应器设计研究现状 |
1.2.1 单循环流化床结构 |
1.2.2 双循环流化床结构 |
1.3 移动床内颗粒流动特性研究现状 |
1.4 气固两相流模拟研究现状 |
1.4.1 气固两相流模拟方法 |
1.4.2 气固两相流模拟在化学链系统中的应用 |
1.5 研究现状中存在的问题 |
1.6 课题研究思路及研究内容 |
1.6.1 课题研究思路与目标 |
1.6.2 课题研究内容 |
第二章 基于CFD-DEM方法的移动床空气反应器内颗粒流动特性研究 |
2.1 引言 |
2.2 数值计算模型 |
2.2.1 气相方程 |
2.2.2 固相方程 |
2.2.3 接触力 |
2.2.4 气固相间动量交换 |
2.2.5 模拟对象与网格划分 |
2.2.6 初始条件和边界条件 |
2.2.7 模拟设置 |
2.2.8 网格独立性验证 |
2.3 CFD-DEM模拟结果及分析 |
2.3.1 模型验证 |
2.3.2 准稳态颗粒流动的建立 |
2.3.3 颗粒停留时间分布 |
2.3.4 颗粒速度分布 |
2.3.5 颗粒流型分布 |
2.4 反应器本体结构设计 |
2.4.1 BP神经网络速度分布预测模型建立 |
2.4.2 精度验证 |
2.4.3 反应器本体结构参数确定 |
2.5 内构件对颗粒流动的影响 |
2.6 本章小结 |
第三章 多级移动床空气反应器的设计及气体流动路径试验研究 |
3.1 引言 |
3.2 多级塔式空气反应器的设计 |
3.3 多级塔式空气反应器试验研究 |
3.3.1 试验系统的构建及试验方法 |
3.3.2 试验物料特性 |
3.3.3 数据处理 |
3.4 多级空气反应器试验结果及分析 |
3.4.1 反应器气体处理能力提升效果 |
3.4.2 进气流量对气体流动路径的影响 |
3.4.3 出口压力对气体流动路径的影响 |
3.5 本章小结 |
第四章 化学链燃烧系统气固流动特性试验研究 |
4.1 引言 |
4.2 基于多级移动床空气反应器的化学链燃烧系统设计 |
4.3 基于多级移动床空气反应器的化学链燃烧系统冷态试验研究 |
4.3.1 试验系统的构建 |
4.3.2 试验方法 |
4.4 数据处理 |
4.4.1 时域分析 |
4.4.2 频域分析 |
4.4.3 气体流动路径分析 |
4.5 载氧体循环回路运行特性 |
4.5.1 准稳态循环的建立 |
4.5.2 压力波动的时域分析 |
4.5.3 压力波动的频域分析 |
4.5.4 流态分布 |
4.6 空气反应器的运行与颗粒循环的耦合特性 |
4.6.1 空气反应器的运行对载氧体回路压力波动的影响 |
4.6.2 反应器间的窜气特性 |
4.7 焦炭捕集回路的运行特性 |
4.8 本章小结 |
第五章 基于欧拉-欧拉方法的化学链燃烧系统三维冷态数值模拟研究 |
5.1 引言 |
5.2 数值计算模型 |
5.2.1 控制方程 |
5.2.2 曳力模型 |
5.2.3 本构方程 |
5.2.4 气相组分输运方程 |
5.3 模型验证 |
5.3.1 模拟对象与网格划分 |
5.3.2 初始条件和边界条件 |
5.3.3 模拟设置 |
5.3.4 模拟结果 |
5.4 基于多级塔式空气反应器的化学链燃烧系统气固流动特性的模拟 |
5.4.1 模拟对象 |
5.4.2 全场颗粒循环特性 |
5.4.3 燃料反应器内的气固分布特性 |
5.4.4 下降管内的气固分布特性 |
5.4.5 空气反应器内的气固分布特性 |
5.4.6 系统内气体流动路径 |
5.4.7 物性参数对气固分布特性的影响 |
5.5 本章小结 |
第六章 结论与展望 |
6.1 主要研究成果 |
6.2 主要创新点 |
6.3 未来工作展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录 |
(5)基于CPFD的流化床流动特性及甲烷化过程数值模拟与强化(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 前言 |
1.1 研究背景 |
1.2 甲烷化反应过程国内外研究进展 |
1.3 流化床反应器国内外研究进展 |
1.3.1 流化床反应器实验研究 |
1.3.2 流化床反应器气固两相流数值模拟方法 |
1.3.3 流化床反应器数值模拟研究 |
1.3.4 流化床反应器传热及流动-反应耦合模拟研究 |
1.3.5 流化床反应器研究现状总结 |
1.4 研究的目的及意义 |
1.4.1 课题来源 |
1.4.2 研究目的 |
1.4.3 研究内容 |
第2章 数值模拟理论的建立与概述 |
2.1 引言 |
2.2 CPFD理论概述 |
2.2.1 控制方程 |
2.2.2 曳力方程 |
2.2.3 数值计算过程 |
2.3 本章小结 |
第3章 流化床反应器内气固流动特性数值模拟 |
3.1 引言 |
3.2 流化床模型概述及模拟参数设置 |
3.2.1 网格划分 |
3.2.2 网格无关性验证 |
3.3 流化床轴向压力分布 |
3.4 气速对流化床气固流动特性的影响 |
3.4.1 气速对轴向气固流动特性的影响 |
3.4.2 气速对径向气固流动特性的影响 |
3.4.3 颗粒速度分布 |
3.5 初始物料高度对流化床气固流动特性的影响 |
3.5.1 初始物料高度对轴向气固流动特性的影响 |
3.5.2 初始物料高度对径向气固流动特性的影响 |
3.6 操作压力对流化床气固流动特性的影响 |
3.6.1 操作压力对轴向气固流动特性的影响 |
3.6.2 操作压力对径向气固流动特性的影响 |
3.7 颗粒粒径对流化床气固流动特性的影响 |
3.7.1 颗粒粒径对轴向气固流动特性的影响 |
3.7.2 颗粒粒径对径向气固流动特性的影响 |
3.8 颗粒返混特性 |
3.9 本章小结 |
第4章 流化床反应器中气固传热研究 |
4.1 引言 |
4.2 传热模型 |
4.3 模拟工况及边界条件 |
4.4 流化床内气体及颗粒温度分布 |
4.5 影响传热的因素分析 |
4.5.1 气速对传热的影响 |
4.5.2 颗粒粒径对传热的影响 |
4.5.3 床层温度对传热的影响 |
4.6 本章小结 |
第5章 流化床反应器甲烷化过程模拟及影响因素分析 |
5.1 引言 |
5.2 甲烷化反应模型的建立 |
5.2.1 流化床反应器模型的建立及参数设置 |
5.2.2 甲烷化化学反应边界条件及反应动力学 |
5.3 网格无关性验证 |
5.4 数据处理与分析 |
5.5 操作参数对甲烷化的影响 |
5.6 正交模拟实验 |
5.7 本章小结 |
第6章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
参考文献 |
附录 A 符号说明 |
致谢 |
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果 |
(6)换热法测量高温循环物料流率的试验研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 课题背景 |
1.1.1 CFB锅炉的发展历程 |
1.1.2 循环物料流率 |
1.1.3 循环物料流率测量方法 |
1.2 国内外研究进展 |
1.2.1 料腿中气固流动规律 |
1.2.2 传热系数的影响因素 |
1.2.3 研究进展小结 |
1.3 研究目标与内容 |
第二章 研究方法 |
2.1 热态试验系统 |
2.2 试验方法 |
2.3 标定试验 |
2.4 本章小结 |
第三章 热态试验结果及分析 |
3.1 颗粒流率对传热系数的影响 |
3.2 颗粒温度对传热系数的影响 |
3.3 颗粒粒径对传热系数的影响 |
3.4 传热系数偏差分析 |
3.5 颗粒流外掠圆管对流换热计算模型 |
3.6 本章小结 |
第四章 数值模拟 |
4.1 模拟方法 |
4.2 数值模型 |
4.2.1 控制方程 |
4.2.2 曳力模型 |
4.3 模拟对象及参数设置 |
4.3.1 模拟对象 |
4.3.2 参数设置 |
4.4 数值模拟结果与分析 |
4.4.1 颗粒流外掠圆管速度模拟结果 |
4.4.2 料腿截面颗粒浓度分布规律 |
4.5 本章小结 |
第五章 结论与展望 |
5.1 本文主要结论 |
5.2 下一步工作展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的学术论文 |
致谢 |
(7)加压流化床气固流动特性研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
主要符号说明 |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.1.1 研究背景 |
1.1.2 CO_2 捕集技术 |
1.1.3 加压富氧燃烧 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 鼓泡流化床气固流动特性 |
1.2.2 循环流化床气固流动特性 |
1.3 现有研究的不足 |
1.4 本文的研究目标和研究内容 |
1.5 本章小结 |
第二章 加压鼓泡流化床气固流动特性实验研究 |
2.1 实验装置 |
2.2 实验物料 |
2.3 测量及计算方法 |
2.3.1 临界流化风速 |
2.3.2 气泡尺寸 |
2.3.3 气泡上升速度 |
2.3.4 床层膨胀高度 |
2.4 结果与分析 |
2.4.1 压力对临界流化风速的影响 |
2.4.2 压力对颗粒流化的影响 |
2.4.3 压力对床层膨胀高度的影响 |
2.4.4 压力对气泡尺寸的影响 |
2.4.5 压力对气泡上升速度的影响 |
2.4.6 气泡上升速度与气泡直径间的关系 |
2.5 本章小结 |
第三章 加压鼓泡流化床气固流动特性数值模拟研究 |
3.1 数学模型 |
3.2 计算参数及工况设置 |
3.3 数据计算及测量 |
3.3.1 床层差压 |
3.3.2 气泡特性 |
3.3.3 气流分布 |
3.3.4 颗粒运动与混合 |
3.4 结果与分析 |
3.4.1 床层差压 |
3.4.2 气泡特性 |
3.4.3 气流分布 |
3.4.4 颗粒运动 |
3.4.5 讨论与分析 |
3.5 本章小结 |
第四章 加压循环流化床气固流动特性实验研究 |
4.1 实验装置 |
4.2 实验物料 |
4.3 测量方法及工况设置 |
4.3.1 流化风速测量 |
4.3.2 颗粒浓度测量 |
4.3.3 固体通量测量 |
4.3.4 表观气固滑移速度 |
4.3.5 差压信号测量 |
4.4 结果与分析 |
4.4.1 床层差压轴向分布 |
4.4.2 颗粒浓度 |
4.4.3 表观气固滑移速度 |
4.5 本章小结 |
第五章 全文总结与建议 |
5.1 全文总结 |
5.2 进一步研究建议 |
参考文献 |
致谢 |
作者在攻读硕士学位期间研究成果 |
作者简介 |
(8)流化床内稠密气固两相反应流的欧拉-拉格朗日数值模拟研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
术语表 |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 气固两相流动的分类 |
1.3 稠密气固两相流的概念及研究方法 |
1.4 稠密气固两相流的多尺度模拟策略 |
1.5 国内外研究进展 |
1.5.1 稠密气固两相反应系统的CFD-DEM数值模拟 |
1.5.2 稠密气固两相反应系统的MP-PIC数值模拟 |
1.5.3 稠密气固两相反应系统的全循环欧拉-拉格朗日数值模拟 |
1.6 本文的研究内容 |
参考文献 |
第2章 数学模型和数值方法 |
2.1 CFD-DEM方法 |
2.1.1 流体运动控制方程 |
2.1.2 颗粒运动控制方程 |
2.1.3 曳力模型 |
2.1.4 传热模型 |
2.1.5 化学反应模型 |
2.1.6 耦合及并行算法 |
2.2 MP-PIC方法 |
2.2.1 流体运动控制方程 |
2.2.2 颗粒运动控制方程 |
2.2.3 气固相间耦合 |
2.2.4 化学反应模型 |
2.3 数值方法验证 |
2.3.1 小尺度鼓泡流化床 |
2.3.2 大尺度鼓泡流化床 |
2.3.3 循环流化床提升管 |
2.4 本章小结 |
参考文献 |
第3章 流化风速对循环流化床内颗粒运动的影响 |
3.1 引言 |
3.1.1 颗粒混合和耗散 |
3.1.2 颗粒停留时间 |
3.1.3 颗粒速度和受力 |
3.2 模拟工况 |
3.3 流化风速对颗粒混合的影响 |
3.4 流化风速对颗粒停留时间的影响 |
3.5 流化风速对颗粒受力及速度的影响 |
3.6 流化风速对颗粒耗散的影响 |
3.7 流化风速对颗粒拟温度的影响 |
3.8 本章小结 |
参考文献 |
第4章 环状构件对循环流化床系统性能的影响 |
4.1 引言 |
4.2 模拟工况 |
4.3 宏观气固流动 |
4.4 固相通量 |
4.5 压降特性 |
4.6 固相循环流率 |
4.7 颗粒停留时间 |
4.8 固相耗散 |
4.9 本章小结 |
参考文献 |
第5章 双侧返料循环流化床内气固流动特性研究 |
5.1 引言 |
5.2 模拟工况 |
5.3 瞬态启动 |
5.4 宏观气固流动 |
5.5 压强信号 |
5.6 颗粒停留时间 |
5.7 固相返混 |
5.8 气固非均匀性的改善 |
5.9 本章小结 |
参考文献 |
第6章 六分离器循环流化床内气固流动特性研究 |
6.1 引言 |
6.2 模拟工况 |
6.3 宏观气固流动特性 |
6.4 气固不均匀分配 |
6.5 提升管内颗粒聚团行为 |
6.6 气固通量特性 |
6.7 固相返混强度 |
6.8 颗粒尺度信息 |
6.9 本章小结 |
参考文献 |
第7章 流化床内气固传热特性研究 |
7.1 引言 |
7.2 传热模型的检验和验证 |
7.2.1 单颗粒传热 |
7.2.2 鼓泡床传热 |
7.3 不同工况对鼓泡床传热特性的影响 |
7.3.1 宏观气固流动 |
7.3.2 流体速度的影响 |
7.3.3 粒径的影响 |
7.4 循环流化床传热特性 |
7.4.1 参数设置和网格无关性检验 |
7.4.2 宏观气固流动 |
7.4.3 颗粒温度分布 |
7.4.4 颗粒温度演变 |
7.4.5 旋风分离器的磨损 |
7.5 本章小结 |
参考文献 |
第8章 流化床内生物质气化的CFD-DEM模拟研究 |
8.1 引言 |
8.2 反应模型 |
8.2.1 蒸发 |
8.2.2 热解 |
8.2.3 气化 |
8.2.4 燃烧 |
8.3 模型验证 |
8.4 参数敏感性分析 |
8.5 模拟工况 |
8.6 粒径的影响 |
8.7 床温的影响 |
8.8 水蒸气/生物质比的影响 |
8.9 流化风量的影响 |
8.10 释料位置的影响 |
8.11 本章小结 |
参考文献 |
第9章 流化床内生物质气化燃烧的MP-PIC模拟研究 |
9.1 引言 |
9.2 实验室尺度串行流化床生物质气化特性 |
9.2.1 参数设置 |
9.2.2 参数敏感性分析 |
9.2.3 宏观气固流动特性 |
9.2.4 气化反应特性及检验验证 |
9.3 中试尺度循环流化床固废燃烧特性 |
9.3.1 参数设置 |
9.3.2 参数敏感性分析 |
9.3.3 宏观气固流动特性 |
9.3.4 燃烧反应特性 |
9.4 本章小结 |
参考文献 |
第10章 全文总结与展望 |
10.1 全文总结 |
10.2 创新点归纳 |
10.3 工作展望 |
作者简介 |
(9)循环流化床冷模装置设计及流态化实验研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
符号说明 |
第一章 引言 |
1.1 流态化理论 |
1.1.1 流态化技术及发展 |
1.1.2 流态化的流型转变 |
1.2 气固流动基本规律 |
1.2.1 轴向流动规律 |
1.2.2 径向流动规律 |
1.2.3 整体流动规律 |
1.3 新型循环流化床反应器 |
1.3.1 高密度循环流化床 |
1.3.2 变径提升管反应器 |
1.3.3 内循环流化床反应器 |
1.3.4 循环湍动流化床反应器 |
1.4 本课题研究内容 |
第二章 循环流化床冷模装置设计 |
2.1 循环流化床结构尺寸设计 |
2.1.1 起始流化速度 u_(mf)和起始鼓泡速度 u_(mb) |
2.1.2 提升管反应器基本结构参数及气量核算 |
2.1.3 循环湍动流化床基本结构参数及气量核算 |
2.1.4 沉降器的设计 |
2.1.5 旋风分离器设计 |
2.1.6 循环流化床反应器主要参数汇总 |
2.2 系统压力平衡的计算 |
2.2.1 提升管反应器压力平衡计算 |
2.2.2 循环湍动流化床压力平衡计算 |
2.2.3 伴床及测量筒设计 |
2.2.4 压力平衡计算结果汇总 |
2.3 分布器的设计及流量计的选型 |
2.3.1 分布器的设计 |
2.3.2 转子流量计的选型与布局 |
2.4 设计及安装说明 |
2.5 小结 |
第三章 实验装置和参数测量 |
3.1 实验装置及流化介质 |
3.1.1 实验装置及流程 |
3.1.2 实验介质 |
3.2 操作参数的测定 |
3.2.1 表观气速的测定 |
3.2.2 颗粒循环速率的测定 |
3.2.3 压差的测定 |
3.2.4 颗粒浓度的测定 |
3.3 实验测量说明 |
第四章 新型变径提升管冷模实验研究 |
4.1 传统等径提升管气固流动特性研究 |
4.1.1 颗粒浓度分布 |
4.1.2 颗粒浓度分布对称性 |
4.2 新型变径提升管气固流动特性研究 |
4.2.1 轴向颗粒浓度分布及发展 |
4.2.2 径向颗粒浓度分布及均匀性分析 |
4.2.3 瞬时流动特性分析 |
4.3 流动特性对比 |
4.4 小结 |
第五章 新型循环湍动流化床气固流动特性研究 |
5.1 颗粒循环速率及床层压降分析 |
5.1.1 颗粒循环速率 |
5.1.2 床层压降分析 |
5.2 颗粒浓度分布 |
5.2.1 轴向颗粒浓度及径向不均匀指数分布 |
5.2.2 径向颗粒浓度及标准偏差分布 |
5.3 瞬时流动特性分析 |
5.4 流动特性对比 |
5.5 小结 |
结论及展望 |
参考文献 |
附录 |
攻读硕士学位期间取得的学术成果 |
致谢 |
(10)基于压力信号的双循环流化床大异重颗粒流动规律研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
主要符号表 |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景与意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 双循环流化床流动特性的研究现状 |
1.2.2 压力信号在流化床特性研究中的应用 |
1.3 本文主要研究内容 |
第2章 鼓泡流化床压力信号分析与大异重颗粒流动规律研究 |
2.1 引言 |
2.2 实验装置与方法 |
2.2.1 实验装置 |
2.2.2 实验物料与工况选择 |
2.2.3 实验方法 |
2.3 压力波动信号的分析与处理方法 |
2.4 实验结果分析 |
2.4.1 大异重颗粒初始流化特性分析 |
2.4.2 基于数理统计的压力波动特性分析 |
2.4.3 基于功率谱密度估计的压力波动特性分析 |
2.4.4 基于HHT变换的压力波动特性分析 |
2.4.5 基于小波多分辨率分析的压力波动特性分析 |
2.4.6 基于递归方法的压力波动特性分析 |
2.5 本章小结 |
第3章 双循环流化床大异重颗粒流动特性实验研究与模型预测 |
3.1 引言 |
3.2 实验系统简介与实验方法 |
3.2.1 实验系统简介 |
3.2.2 实验方法与工况选择 |
3.3 实验结果分析 |
3.3.1 颗粒循环流率的分析 |
3.3.2 循环物料组分变化的分析 |
3.4 混合颗粒循环流率与物料组分变化的预测模型 |
3.4.1 预测模型原理简介 |
3.4.2 网络预测模型构建与参数选取 |
3.4.3 预测模型比较分析 |
3.5 本章小结 |
第4章 双循环流化床压力波动特性分析与大异重颗粒流动规律研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验系统与方法 |
4.3 提升管侧大异重颗粒流动规律研究 |
4.3.1 气化室表观气速的影响 |
4.3.2 提升管表观气速的影响 |
4.3.3 初始床层物料量的影响 |
4.3.4 石英砂平均粒径的影响 |
4.3.5 初始稻壳质量分数的影响 |
4.4 气化室侧大异重颗粒流动规律研究 |
4.5 本章小结 |
第5章 故障状态下双循环流化床大异重颗粒流动规律与分类诊断 |
5.1 引言 |
5.2 实验装置与方法 |
5.2.1 实验装置 |
5.2.2 实验方法 |
5.3 故障状态压力波动特性分析 |
5.3.1 结块故障状态压力波动特性分析 |
5.3.2 堵塞故障状态压力波动特性分析 |
5.4 基于压力信号的故障诊断与分类模型 |
5.4.1 故障诊断模型建立 |
5.4.2 模型具体参数设计 |
5.4.3 模型诊断结果分析 |
5.5 本章小结 |
第6章 基于压力平衡的大异重颗粒双循环流化床动力学模型 |
6.1 引言 |
6.2 双循环流化床系统动力学模型的建立 |
6.2.1 提升管压降模型 |
6.2.2 旋风分离器模型 |
6.2.3 立管模型 |
6.2.4 底部返料管模型 |
6.2.5 气化室模型 |
6.2.6 模型计算方法 |
6.3 模型计算结果分析 |
6.4 本章小结 |
第7章 结论与展望 |
7.1 论文工作总结 |
7.2 对今后工作的建议与展望 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
攻读博士学位期间参加的科研工作 |
致谢 |
作者简介 |
四、PIV MEASUREMENT OF THE GAS-SOLID FLOW PATTERN IN A CFB RISER(论文参考文献)
- [1]循环流化床煤气化过程强化试验研究[D]. 蒋登豪. 中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所), 2021
- [2]生物质气化流化床内复杂气固两相反应流动的数值模拟研究[D]. 樊飞虎. 昆明理工大学, 2021(01)
- [3]加压流化床气固流动特性数值模拟及实验研究[D]. 朱晓丽. 中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所), 2020
- [4]基于移动床空气反应器的化学链燃烧系统气固流动特性研究[D]. 邵亚丽. 东南大学, 2020
- [5]基于CPFD的流化床流动特性及甲烷化过程数值模拟与强化[D]. 陈艳. 新疆大学, 2020(07)
- [6]换热法测量高温循环物料流率的试验研究[D]. 张杨鑫. 太原理工大学, 2020
- [7]加压流化床气固流动特性研究[D]. 宋加龙. 东南大学, 2019(05)
- [8]流化床内稠密气固两相反应流的欧拉-拉格朗日数值模拟研究[D]. 王帅. 浙江大学, 2019(04)
- [9]循环流化床冷模装置设计及流态化实验研究[D]. 刘丙超. 中国石油大学(华东), 2019(09)
- [10]基于压力信号的双循环流化床大异重颗粒流动规律研究[D]. 杨新. 华北电力大学(北京), 2019(01)