谢灼利[1]2001年在《密相悬浮气力输送过程及其数值模拟研究》文中提出气力输送是指借助于空气或其它气体在管道内的流动来输送干燥的散状固体颗粒或颗粒物枓的输送方法。它是制药、食品、塑料、水泥、化工、采矿、陶瓷及金属等工业部门普遍使用的输送物料的方法。根据被输送物料物性、输送量以及输送气速的不同，气力输送可以分为稀相悬浮输送、密相悬浮输送和密相栓流输送。 减少能量损失和颗粒对设备磨损的要求，需要降低输送速度；而输送连续性和稳定性的要求，又需要有足够大的输送速度。二者的综合考虑，就是要寻求一种最佳输送速度，在该速度下输送，能量损失最低而又能保证稳定、连续的输送。稳定的密相悬浮输送(略高于最佳经济速度下的输送)顺应了这种要求，它可以克服稀相输送能耗大，对管壁磨损严重的缺点以及密相栓流输送不连续的缺点，有比较强的工业背景和应用价值。本文主要研究这种密相悬浮输送，并兼顾与之密切相关的稀相悬浮气力输送。 密相悬浮气力输送，属于湍流气固两相流范畴，气固间相互作用很强烈。由于颗粒浓度较高，颗粒之间相互作用也很激烈，因此导致气固两相流体力学特性非常复杂。有关密相悬浮气力输送的研究绝大部分是实验研究，受实验条件的限制，难以得到流动细节，从而给理论研究带来局限性：而用计算流体力学的方法可以得到气固两相流动的细节，但目前用该法来研究气力输送过程的还比较少。 本文综述了气力输送过程的实验、理论研究以及湍流气固两相流数学物理模型的现状和发展趋势，开展了气力输送过程中流体力学特性的实验和数值模拟研究工作。 在南京金陵石化公司设备研究院，进行了聚乙烯粒料气力输送的中试研究，建立计算机测控和采样系统，从压力随时间波动图分析了气力输送过程中流动形态随输送气速的变化，并与照像结果进行了比较。 从基本流体力学湍流理论以及颗粒动力力学理论出发，考虑气固两相的相互影响、颗粒与颗粒之间以及颗粒与输送管壁之间的相互作用，建立了二维和叁维气固两相湍动双流体模型，并建立了相应的数值解法和计算程序。该模型含有宏观的颗粒相输运方程、颗粒相压力、粘性系数、扩散系数、导热系数、颗粒温度等流体力学特性参数，能较全面地反映两相间相互作用、颗粒湍动粘度及颗粒间碰撞作用。 将文献提供的实验数据和本文的实验数据与模型计算结果进行了比较。结果表明，本模型所预测的最佳经济速度(转捩速度)、压降、颗粒速度分布、气体速度分布以及平均颗粒浓度等参数与实验数据较吻合，说明了本模型具有良好的预测性和可靠性。 在所建立模型和算法的基础上，首先对垂直向上气力输送进行了数值研究。对引起颗粒浓度径向分布不均匀的原因进行了分析，发现导致颗粒浓度径向不均匀分布的主要原因可能是颗粒自身压力梯度以及颗粒自身湍动强度。对影响垂直气力输送过程的各参数如，输送量、输送气速、颗粒粒径、颗粒密度、管径以及镜面反射因子等进行了系统研究，得到了各种影响因素下最佳经济速度、气固滑移速度、颗粒浓度分布以及一些有益的相关规律。就本文研究的颗粒粒径范围来看，对同样物性的颗粒，存在着一个对应最佳经济速度和能耗最低的最佳粒径值。就本文研究的北京化工大学博士学位论文颗粒密度范围来看，对同样粒径大小的颗粒，存在一个对应于最佳经济速度和能耗最低最佳的密度值。 在上述工作的基础上，对影响水平密相气力输送过程中颗粒悬浮的一些重要影响因素进行了分析，重点研究了输送量、输送气速、颗粒粒径、颗粒密度、管径等对悬浮颗粒的浓度分布的影响。结果发现悬浮颗粒的垂向浓度分布存在着两种不同的形态，即除存在以往人们普遍认为的上面稀，下面浓的分布外，还存在从管底向上，颗粒浓度先增大，然后又降低的分布。而这两种分布形态与上述所有因素都相关联。 对颗粒与管壁面间碰撞的镜面反射因子对输送过程的影响进行了研究，发现这一项对数值模拟的结果有较大影响，这反过来说明，管壁面性质及颗粒的物性对输送过程影响较大，在研究中不能忽略。关键词:气力输送气一固两相流压降最佳经济速度双流体模型数值模拟I!
吴定定[2]2017年在《石油焦高压密相气力输送过程的数值模拟研究》文中研究说明石油焦气化制氢是高效、清洁利用石油焦的一种新型技术,而石油焦高压密相气力输送是该技术中的关键一环。石油焦高压密相气力输送过程中固相颗粒浓度高,运动状态复杂,对其流动规律了解并不是十分清楚。同时由于缺乏可靠的理论依据作指导,在实际应用过程中,气输管道内的堵塞现象经常出现。为了有效预防与解决实际石油焦颗粒输送过程中管道内的堵塞问题,有必要对其输送过程中管内流体的流动特性展开研究。本文运用理论分析与数值仿真相结合的研究方法,对不同工况下水平管、竖直管和弯管中气固两相流的速度分布、浓度分布、最佳经济速度以及压力降的变化规律展开研究。根据计算结果提出相应的预防措施以及解决堵管的方案,为石油焦气力输送系统的设计提供参考依据。本文研究的内容有:首先对管道中石油焦颗粒的受力进行分析,并在欧拉模型的基础上,运用颗粒动力学理论,建立了适用于石油焦密相气输过程的数学模型。该模型考虑了石油焦颗粒间的碰撞与摩擦,同时也考虑了颗粒与管壁之间的摩擦。其次,对水平管石油焦高压密相气输过程进行了数值仿真,掌握了水平管中气固两相的速度分布、颗粒浓度分布以及压降规律。分析了表观气速、石油焦颗粒直径、输送介质以及颗粒质量流量对水平管内气固两相速度、浓度分布以及压力降的影响;探讨了颗粒质量流量及颗粒直径对水平管压降规律的影响。结果表明:由于重力作用,水平管中石油焦颗粒的流动形态为典型的非均相悬浮流动,颗粒在管底形成沉积层导致管内气固两相浓度分布的不均匀性非常显着;管内压力损失随着表观气速先增大后减小,且针对特定的质量流量,存在一个使管内压降达到最小的最佳经济输送气速。再次,通过建立垂直向上一体化管道,分别分析了垂直管段以及弯管中气固两相的流动特性以及压降规律,以及输送介质、颗粒直径、弯管曲率半径等对输送过程的影响。结果显示:垂直管中气固两相的速度与浓度均呈对称分布,且石油焦颗粒体积分数的最高值并非出现在管道中心而是出现在y/R=0.8附近;同时垂直管中针对特定的颗粒质量流量也存在一个最佳经济速度,且通过比较可知,相同条件下水平管中压降与最佳经济速度均小于竖直管;在弯管中,由于离心力作用,石油焦颗粒向弯管外侧发生堆积,且该堆积现象在超过弯管45°面后发生的尤为明显,并且颗粒在经过弯管45°面后速度急剧下降,管内能量损失加剧,通过分析可知当弯管曲率半径越小时这种现象越明显。最后,通过对前面计算结果的分析,提出了一种弯管结构的优化设计,并通过数值模拟验证了该结构的有效性。
袁锦凤[3]2013年在《密相气固两相流流动数值模拟及基于多物理场的传感器建模方法研究》文中提出密相气力输送是固相颗粒的主要输送方式。密相气力输送属于浓相气固两相流动,具有流型复杂、固相浓度、速度分布等流动参数变化剧烈的特点,造成固相流动参数的准确测量尤为困难。在两相流检测领域,由于缺乏与密相气力输送流动机理分析的有效结合,忽略了流场与电容检测场的相互作用,仅在单一检测场下研究传感器特性,所构建的理论模型和有限元分析模型过于简单。因此,提高密相气力输送固相流动参数的测量精度,一方面需要研究多相流的流动形态演变规律,本文采用数值模拟方法进行气固两相流的流型演变分析；另一方面,需要研究多物理场下的传感器建模方法。本文针对上述问题,以密相气力输送过程为研究背景,以阵列式电容传感器为研究对象,以流体分析软件FLUENT和有限元分析软件ANSYS为研究平台,以模拟仿真和实验验证为研究方法,对密相气力输送过程固相物料流型演变规律及多物理场下的传感器信号进行分析。本文主要完成如下工作：(1)基于CFD前处理建模软件,分析多相流模型特点,建立管道模型及适用的网格体积单元模型；针对密相气力输送特点,对正应力模型及摩擦剪切粘度模型进行修正,引入颗粒动力学理论,建立基于欧拉坐标下的湍流流动叁维多相流模型；(2)考虑流体与颗粒间的双向耦合作用,编写气固相间曳力函数及管道入口气固相边界条件用户自定义函数(UDF),采用SIMPLE算法求解计算；(3)分析颗粒相各物性参数及操作条件对密相流型形成及变化的影响,总结流型演变实现的相应边界条件,再现柱塞和堆积层的形成、流动过程；重点分析柱塞流的稳定运动阶段,并确定影响柱塞稳定运动区间的因素及其影响关系。(4)针对密相输送流型以沙丘流和柱塞流为主,提出一种结合流型与固相浓度分布同时测量的阵列式电容传感器结构形式。研究该阵列式电容传感器的基本结构、测量原理及传感器信号特点,并分析静电场的有限单元法；采用分区式间接耦合方法,建立流场与电场耦合作用下的叁维传感器有限元模型；(5)基于仿真计算结果分析固相颗粒流动参数在不同密相流型下的传感器输出信号特点；(6)在实验室条件下,搭建基于阵列式电容传感器两相流检测实验平台,制作稳定柱塞流,对多物理场下稳定柱塞流的传感器信号特点进行实验验证。
杨道龙[4]2016年在《钻采法气力输送充填关键技术研究》文中进行了进一步梳理为了减少或取消钻采工作面煤柱预留、控制采空区顶板沉陷以及避免垮塌事件的发生,促进钻式采煤机及钻采工艺在薄与极薄煤层中的推广使用,依托于国家高技术研究发展计划(863计划)“薄煤层开采关键技术与装备——极薄煤层钻式采煤机关键技术与装备”项目,研制一种占用空间小、生产效率高、设备构造简单的钻采法充填系统,以弥补传统充填设备由于体积过大、部件沉重而无法应用于钻采采空区的缺点。钻采法充填系统采用气力输送技术将矸石颗粒输送充填至钻采采空区,颗粒间及颗粒与流场间的互作用行为直接影响气力输送充填系统的可靠性、输送效率及充填经济性。为此,本文以矸石颗粒和气力输送流场为研究对象,采用理论分析、仿真模拟和实验相结合的方法,对矸石颗粒气力输送性能和输送流场静压变化特性进行研究,为钻采法气力输送充填工艺和系统的设计提供指导。根据钻采法开采煤层工作面地质条件和五钻头钻式采煤机开采技术,以钻采采空区顶板条件和矸石充填机理为基础,提出了包括井上矸石输送井下工艺、顺槽掘进煤矸分选工艺以及钻采矸石充填工艺在内的钻采法气力输送充填工艺,构建了钻采法气力输送充填系统,进行了气力输送系统和气力充填系统设计,确定了供料装置、增压器、充填喷头以及充填钻头的结构形式,为钻采法气力输送充填系统的设计提供了指导。基于Hertz接触理论与Mindlin-Deresiewicz接触理论,建立了矸石颗粒之间、矸石颗粒与管壁之间无黏连的软球接触理论模型,并根据实际测得的矸石颗粒叁轴径参数,获得了不同粒度下矸石颗粒的形状特性指标,建立了基于长短度、扁平度、Zingg指数以及颗粒体积充满度等指标的矸石颗粒形状特性数学模型。以堆积密度、孔隙率、休止角及其与实际实验的误差为评价指标,以颗粒与颗粒、颗粒与管壁间互作用系数为正交试验因素,获得了叁种较为准确的矸石颗粒离散元模型及对应的互作用系数,并进行了矸石颗粒碰撞实验和仿真研究,验证了矸石颗粒接触模型及互作用系数的可行性,为颗粒之间及颗粒与管壁间的互作用耦合仿真提供了较真实可靠的颗粒模型与基础参数,并为匹配不规则颗粒的形状特性和物理性质提供了参考方法。采用欧拉法描述流体微元运动状态,获得了流场中气相连续性方程、动量方程以及湍流传输方程。根据颗粒在流场中受到的流体阻力、Saffman升力、Magnus升力等作用力的影响,采用欧拉耦合模型,建立了颗粒相与气相间互相耦合理论模型及仿真方法。在考虑管壁直径、颗粒形状以及雷诺数与流体阻力系数间关系的基础上,获得了带有流场区域修正及颗粒形状修正的粒径法矸石颗粒悬浮速度理论表达式,进行了垂直管道内矸石颗粒悬浮实验与仿真研究,结果表明:矸石颗粒悬浮速度的仿真结果与理论计算结果均符合管壁直径对输送颗粒的影响规律;不同颗粒粒径下的矸石颗粒悬浮仿真结果值与实验结果值相近,而且都略大于理论计算值,验证了基于欧拉模型的CFD与DEM耦合方法实现颗粒相与气相间互相耦合的可行性,并为矸石颗粒气力输送系统中选择合适的流场速度提供了理论及实验依据。依据钻采法气力输送系统实际工况条件,初步设定了气力输送系统的基础参数,并以颗粒喷出平均动能、流体质量流率比和喷射器能耗为评价指标,进行了纯流场条件和颗粒与流场耦合条件下矸石颗粒与流场耦合仿真研究,获得了喷射器较优结构参数以及该结构参数下不同颗粒入料质量流率所对应的喷嘴入口总压推荐值,为钻采法气力输送系统的喷射器结构参数设计提供了参考。在此基础上,为揭示矸石颗粒在不同输送管道内的运动状态,对水平直管、弯管和旋流管中矸石颗粒气力输送过程进行仿真模拟,结果表明:水平直管输送中的矸石颗粒主要分布在管道底部并关于纵向截面对称,输送流场速度越大,越有利于矸石颗粒的水平直管输送;弯管输送中矸石颗粒形成螺旋运动的颗粒束,弯管的最大磨损率随着弯曲半径的增加而减小;旋流管内颗粒速度高于相同气流流量下的水平直管内颗粒速度,且旋流辅管与旋流主管间夹角越小,颗粒速度越大。依据钻采法井下实际工况条件,以气力输送流场中矸石颗粒输送特性以及流场静压变化特性为评价指标,进行了喷射器结构参数对纯流场喷射性能和矸石颗粒喷射性能影响规律的实验研究,获得了与仿真结果相同的喷射器较优结构参数,验证了喷射器仿真结果具有较高的准确性与参考价值。采用较优结构参数的喷射器作为气力输送系统中矸石颗粒的动力源,进行了矸石颗粒短距离水平输送、弯管输送以及旋流输送实验,获得了水平流场、弯管流场和旋流流场中矸石颗粒输送性能和流场静压变化规律,初步证明了矸石颗粒气力输送系统的可行性,验证了水平直管、弯管和旋流管耦合仿真结果的正确性。在此基础上,进行了矸石颗粒长距离气力输送充填实验,获得了气力输送过程中矸石颗粒运动状态与管内流场静压变化关系、颗粒破碎率与颗粒粒径之间关系、管道不同位置安装旋流增压器对颗粒输送时间的影响规律,验证了钻采法气力输送充填系统的可行性,为钻采法气力输送充填工业性试验提供了可靠的实验依据,并对钻采法气力输送充填工艺及系统的设计提供了指导。
周国民[5]2005年在《高浓度粉体气力输送特性试验研究及其数值模拟》文中认为国内相当一部分燃煤锅炉存在燃烧效率低、低负荷稳燃性能差、污染物排放量大以及炉膛水冷壁易结渣和高温腐蚀等一系列问题。近几年的研究成果表明,解决上述问题的有效方法是在炉内采用煤粉浓度相对较高的高浓度燃烧方式。这种燃烧方式具有强化煤粉气流着火,稳定燃烧,降低NOx排放等一系列优点。本文基于高浓度燃烧的思想,结合国外在这方面的研究经验,提出了煤粉高浓度气力输送、燃烧的新型方案,并论证了方案的可行性,指出了需要解决的问题。 本文在论证了高浓度煤粉输送的可行性及优越性前提下,对各种高浓度给粉装置进行了对比分析,确定了采用流化罐给粉是实现高浓度粉体气力输送的最佳装置。在自行建立的一套采用流化罐给粉装置的高浓度气力输送试验系统上,以煤粉和黄沙作为试验物料,进行了流化罐给粉特性试验研究,试验确定了流化罐给粉系统各参数之间的关系。针对高浓度粉体气力输送过程中的气固两相混合问题,自行设计了一支双射流混合器,并对其进行了正交试验研究,确定了最佳结构参数和运行参数。 本文对水平管道、竖直管道的高浓度粉体气力输送的阻力特性进行了试验研究。在试验固气质量浓度范围内,回归得到了水平管高浓度粉体气力输送的阻力系数试验关联式。同时,在试验固气质量浓度范围内,回归得出了竖直管高浓度粉体气力输送的阻力系数试验关联式。上述试验关联式针对两种试验物料在特定输送状态下而获得,形式简洁,适于一般工程设计参考。 本文对水平管道内气固两相之间以及气固两相与管壁之间的相互作用力进行了详尽的分析,并在此基础上提出了水平管道气固两相分层流动在充分发展段的理论模型。应用此模型,对试验条件下的高浓度粉体水平管气力输送压力损失进行了数值求解,并将计算结果与试验数据进行了比较分析。应用欧拉双流体模型,对高浓度粉体竖直管内气固两相流的浓度分布规律、气固两相速度分布规律等,进行了数值模拟,并将压力损失模拟计算结果与试验结果进行了对比分析。__,
周甲伟[6]2017年在《煤炭颗粒旋流气力输送机理及性能研究》文中提出绿色煤炭物流衔接煤炭开采、加工、储运、利用及回收各个领域,是构建集约、安全、高效、绿色现代煤炭工业体系的枢纽。解决煤炭运输中的环境污染问题,实现煤炭与环境无交互作用的封闭运输是实现煤炭绿色物流的关键所在。煤炭气力输送是实现短距离煤炭绿色物流的有效途径,具有占地少、环保清洁、易于自动化等显着优势。为此,本论文以煤炭颗粒为对象,结合气固两相耦合理论、计算流体力学与离散元耦合数值模拟方法(CFD-DEM)和颗粒旋流输送试验,以实现煤炭颗粒气力输送为目标,对煤炭颗粒在旋流场中的输送理论、运动学和动力学行为以及旋流气力输送系统性能展开研究,为煤炭颗粒气力输送工业应用提供理论和试验依据,拓宽气力输送技术应用领域。在量化描述煤炭颗粒尺寸和形貌特征的基础上,研究真实形貌煤炭颗粒旋流气力输送机理。通过叁维扫描获得煤炭颗粒几何模型并统计煤炭颗粒形貌特征,基于此推导出煤炭颗粒在流场中的运动微分方程、颗粒碰撞运动方程及接触动力学方程,构建旋流气力输送中煤炭颗粒群的运动方程及输送气流的质量守恒和动量守恒控制方程,为研究煤炭颗粒旋流气力输送过程提供理论支撑。基于现有起旋技术及理论,研发适用于煤炭颗粒气力输送的旋流起旋及继旋装置。利用CFD-DEM耦合数值模拟方法,从流场速度、旋流强度、颗粒运动及输送能量效率等多个方面对比研究叁种螺旋壁面式起旋装置性能。研究表明:旋流场内轴向速度峰值区域形状随流场流动呈准周期性旋转,有益于扰动颗粒运动,旋流场内颗粒呈现明显的螺旋运动,并保持较长距离的悬浮运动状态。输送初始阶段,较强的旋流强度有助于提高能量利用效率,但到稳定输送阶段,适中的旋流强度更有利于输送。叁种起旋装置中,导流叶片式起旋装置引导的旋流强度适中,更适合于煤炭颗粒输送。以数值研究结果为基础,设计侧向补气导流叶片式起旋装置,并进行流场速度分布测量试验,以无量纲测量距离、雷诺数、切向流量比为变量拟合得到旋流强度演变模型。设计并研制煤炭颗粒输送状态测试试验台,研究不同粒度煤炭颗粒的临界输送气流速度,以及旋流强度对煤炭颗粒临界输送气流速度的影响。分析气力输送系统常用临界气流速度定义及其物理含义,确定拾取速度作为煤炭颗粒旋流气力输送系统临界输送速度并估算其大致范围,然后进行不同流场的煤炭颗粒拾取试验。研究表明:影响煤炭颗粒初始翻滚拾取的因素有流场气流曳引扰动、其他颗粒冲击扰动以及支撑边界失稳扰动。轴流场内易出现局部逐层剥离拾取,迎风下游区域煤炭颗粒团易于优先拾取,旋流场内易出现颗粒自迎风端部逐步卷起并实现整体推移拾取输送。煤炭颗粒的拾取速度随旋流强度增强呈现先增大后减小趋势。基于Kalman拾取速度模型,以无量纲颗粒粒径和旋流强度为变量,得到5-15 mm煤炭颗粒的拾取速度预测模型。重构煤炭颗粒离散元模型,数值研究煤炭颗粒与管壁互作用过程中的煤炭颗粒尺度损伤和管壁磨损规律。分别基于颗粒粘结法和颗粒重迭法研究上述两行为,从煤炭颗粒形状和流场结构两方面研究并揭示旋流场中煤炭颗粒破碎和管壁磨损规律。研究表明:煤炭颗粒与管壁的碰撞现象与煤炭颗粒的机械能波动一一对应,而煤炭颗粒的破碎程度与碰撞前后机械能变化的能量差正相关。煤炭颗粒通过弯头时,颗粒完整率随颗粒球形度增大而增大,两者关系符合二次多项式指数方程。旋流输送时煤炭颗粒完整率显着高于轴流工况。弯头转向对弯头管壁磨损有显着影响,磨损严重位置主要集中于外侧管壁的中部区域。随着颗粒球形度增大,弯头管壁平均磨损率均呈现倾斜“S”状变化,旋流输送时弯头管壁磨损率较轴流场有显着降低。在分析输送性能指标基础上,进行煤炭颗粒旋流气力输送性能试验,从输送能效和输送平稳性两方面研究旋流强度对输送性能的影响。以静压值、静压损失为指标从能量储备和测点间的储备能量消耗两个方面研究旋流强度对煤炭颗粒输送能效的影响,以静压波动标准差为指标研究旋流强度对煤炭颗粒输送平稳性的影响。研究表明:当切向流量比为0.2且输送气流速度低于40 m/s时,旋流场内的静压值高于相同平均气流速度的轴流工况,有利于气流压力势能缓释和煤炭颗粒输送。绝对静压损失随着平均气流速度增大近似呈现线性增长,随着切向流量比的增大,其增长斜率呈增大趋势。相对静压损失均随着平均气流速度增大呈减小趋势,但切向流量比较大时,由平均气流速度增大导致的相对静压损失降低较缓慢。影响输送平稳性的因素主要有料仓储料量变化扰动、气源扰动、旋转给料器扰动以及噪声扰动,上述四种扰动因素在本文研究范围对应的频率区间分别为小于0.1 Hz、0.1-1 Hz、1-10 Hz和10 Hz以上,其中气源扰动和旋转给料器扰动作用最为显着。低气流速度中等旋流强度和高气流速度弱旋流强度工况时,旋流场输送平稳性优势显着。在输送管道前端,旋流工况输送平稳性更好,而在输送管道末端轴流场工况输送更平稳。
邵羽辛[7]2016年在《密相栓流气力输送的数值模拟》文中研究表明气力输送是利用气体在管道中输送物料的一种运输方式。常规的气力输送装置由动力源(通常是运用气体输送),运输路径,储存物料装置和回收颗粒装置等几部分构成,被广泛应用于各行各业。早期的气力输送以稀相气力输送为主。但由于稀相输送的应用局限性使得其逐步被密相气力输送所代替。由于对密相气力输送的研究主要集中在实验设计方面,理论方面的研究较少,且对料栓流动机理的研究主要是利用CFD流体软件FLUENT进行分析,不能从颗粒尺寸层面来揭示物料流动机理。所以本文引入离散元软件EDEM,基于EDEM-FLUENT耦合平台对密相气力输送进行仿真分析,从颗粒角度分析密相气力输送料栓的流动机理。本文首先对EDEM软件与FLUENT软件的耦合方法进行了介绍,基于EDEM-FLUENT耦合平台对垂直管道中密相气力输送进行数值模拟,仿真分析垂直管道中料栓的运动形式和颗粒运动轨迹。探讨入口气体速度对料栓运动速度的影响。并着重分析气体速度,颗粒质量流量,管道直径等因素对单位管道压降大小的影响。同时,本文对水平管道中密相气力输送进行了分析。仿真分析水平管道中不同流型料栓的形成方式及运动形态,探讨通过压力变化来判断流型的方法。着重分析了料栓的流动机理,分别从观测流型图;总结气固两相在某一管道截面的速度变化规律;分析颗粒、流体、管道叁者之间相互接触力关系这叁个不同的角度揭示料栓运动的流动机理。分析了在给定初始条件下,物料在由水平管、弯管、垂直管所组成的整体管道中的不同的流动形态,确定了料栓在整体管道中进行连续密相输送的初始条件。并对输送过程中的堵管现象进行分析,总结发生堵管现象的边界条件并提出避免堵管的改进方案。最后利用BP神经网络的函数预测和逼近特性,结合仿真数据,对密相气力输送过程中的压降进行预测。其预测结果与仿真得到的结果误差较小,验证了利用神经网络算法预测压降方法的可行性与准确性。运用此方法弥补传统经验公式计算压降方式的不足。
朱剑[8]2014年在《一种新型气固两相流流动参数测量方法研究》文中研究说明气固两相流被广泛应用于高炉煤粉喷吹的气力输送过程,通常采用电容法对气固两相流相浓度进行测量。现有电容式相浓度测量方法中,以固相介质介电常数不变为前提,当固相介质介电常数发生变化时,容易引起较大的测量误差,需要对固相介质介电常数变化进行补偿。同时,电容法相浓度测量受管道流型影响较大,需要补偿由于流型变化所引起的相浓度测量误差。本文以竖直管道气力输送过程为研究背景,以有限元分析软件ANSYS、流体分析软件FLUENT为研究平台,以电容式相浓度传感器为研究对象,以数值模拟仿真及物理实验验证为研究方法,对具有固相介质介电常数补偿功能的相浓度测量方法进行了研究,对竖直管道气固两相流流型进行了分析,对竖直管道紊流装置进行了设计和优化。本文的主要工作如下：(1)通过查阅文献及相关资料,对现有气固两相流相浓度测量方法进行分析,研究固相介质介电常数变化的补偿方法,并基于此补偿方法建立新型气固两相流电容式相浓度测量系统；(2)基于有限元分析软件ANSYS,研究一对平行表面极板,螺旋极板等不同结构形式电容传感器在固相介质介电常数及体积分数变化时的输出,对电容传感器的输出与等效介电常数的关系进行拟合；(3)对平行-螺旋极板,平行-组合极板等不同结构形式电容传感器组合在不同介质介电常数情况下的输出进行数值模拟,获得具有最佳介电常数补偿效果的电容传感器组合形式、结构及尺寸；(4)分析竖直管道中的气力输送系统中气固两相流的特点,基于计算流体力学软件FLUENT对竖直管道内气固两相流进行建模及数值模拟：(5)考虑颗粒与流体间耦合作用,编写气固相间曳力函数至FLUENT,考虑DPM(Discrete Particle Model)模型及欧拉-欧拉双流体模型的选择,实现竖直管道中气固两相流叁维流动过程的数值模拟,并初步研究竖直管道中不同流型下的电容传感器输出特性；(6)分析具有不同结构尺寸的紊流装置对于气固两相流流动状态影响,基于控制变量法及正交试验法对竖直管道紊流装置进行优化,并研究传感器优化布设位置；(7)实验室条件下搭建基于这种新型固相介质体积浓度测量系统的物理实验平台,对此种新型测量系统的可行性进行验证。本文提出了一种新型的具有补偿固相介质介电常数功能的电容式气固两相流相浓度测量方法,研究了竖直管道内的气固两相流流动情况,设计并优化了竖直管道紊流装置。基于搭载有新型测量系统的物理实验平台进行验证性实验,使用新方法的测量误差补偿指标均高于30%。
夏鹏[9]2011年在《炭黑气力输送气固两相流的模拟分析与实验研究》文中提出气力输送是指借助具有一定的压力和一定速度的空气或其他气体在管道内输送干燥的散状固体颗粒或粉料的一种方法。在输送过程中体现了充分利用资源、节能降耗以及减少环境污染的宗旨。因此气力输送越来越受到各行各业的关注,有着广泛的应用前景。本文综述了气力输送的发展,建立了炭黑气力输送中常用的输送管道类型如垂直管、水平管和弯管的气固两相流的流动数学模型,在此基础上运用Fluent软件求解炭黑气力输送中气固两相流的流动。此模型考虑了气固两相之间的相互作用、炭黑颗粒间碰撞作用以及炭黑颗粒与壁面间相互作用。对不同工况下的炭黑颗粒在水平管、垂直管以及弯管中输送的流动情况进行了数值模拟。首先用二维模型对炭黑气力输送中垂直管道的气固两相湍流流动进行了模拟。对引起炭黑浓度沿径向分布不均匀的原因进行了分析,对影响垂直管道炭黑气力输送的各种参数进行了系统研究,得到了气固速度分布、浓度分布规律和各种输送量下的最佳经济速度。其次,采用所建立的叁维模型对炭黑气力输送中水平、弯管管道的气固两相湍流流动进行了模拟,同样也得到了不同输送条件下的气固两相速度分布、浓度分布以及最佳经济速度,在弯管的数值模拟中还重点分析了弯径比对弯管管道的影响。利用所设计的炭黑气力输送实验,将实验得出的有效数据与模拟结果进行对比分析,通过对比分析发现利用Fluent模拟简化的数学模型得出的结果与实验结果具有较好的一致性和准确性。最后对本文所做工作进行了总结,在此基础上指出其中的不足,对炭黑气力输送气固两相流的研究提出了展望。
杜俊[10]2015年在《基于CFD-DEM方法的稀相气力输送数值模拟研究》文中研究说明气力输送是通过管道内的气流对固体粉粒物质进行传输的方法,在农业、矿业、化工、制药、涂料制造和冶金等行业有着广泛应用。按照输送实质,气力输送可以分为稀相气力输送和密相气力输送。研究稀相气力输送管道中颗粒的流动特性将有助于稀相气力输送系统的设计和优化。本文建立了叁维CFD-DEM模型对稀相气力输送进行数值模拟研究。在CFD-DEM模型中,气相由CFD遵循Navier-Stokes方程进行求解,颗粒相由DEM根据牛顿第二定律求解,气固两相通过气固相互作用力计算得到的动量交换量实现耦合。较其它数值模拟方法而言,CFD-DEM方法考虑了颗粒的碰撞问题,能够获取颗粒运动和受力的详细信息,有助于提高对气力输送管道内颗粒运动特性的认识。但CFD-DEM方法在计算稳定性和效率上也存在不足,为此本文研究了提高数值计算稳定性和效率的方法：(1)在空隙率的计算上引入了基于颗粒部分体积的算法,通过提高空隙率计算精度,解决了计算不稳定的问题；(2)研究了刚度参数设置对稀相气力输送仿真结果的影响,通过减小刚度参数、设置较大时间步长,提高数值计算速度；(3)引入忽略空隙率对气相影响的简化CFD-DEM模型,减少了数值模拟计算量,提高了计算效率。通过与实验数据进行对比,本文首先验证了典型CFD-DEM模型可以实现对稀相气力输送的定量分析,并比较了不同曳力模型的仿真效果。将简化CFD-DEM模型预测的不同类型弯管气力输送系统的结果与典型模型预测的结果进行对比,验证了简化模型不仅可以定性预测弯管中形成的颗粒束,在水平-垂直90。弯管和垂直-水平90°弯管气力输送系统中得到的结果还与典型模型保持了定量一致。数值模拟结果显示,弯管的布置方向对形成的颗粒束及其分散过程影响显着,在水平-垂直90°弯管中形成的颗粒束最终在垂直管中分散为均匀流,垂直-水平90°弯管中的颗粒束在离开弯管后迅速向水平管底部沉积,而水平-水平90。弯管中则形成了紧贴壁面按螺旋线移动并分散的颗粒束。工况参数对颗粒束的特性也有显着影响。本文就气体速度、颗粒质量流量、弯径比和壁面摩擦系数对各类弯管中颗粒束特性的影响进行了细致研究,比较了颗粒束强度、分散快慢,弯管下游颗粒速度及管道中不同区域的颗粒碰撞信息。结果显示,气体速度对颗粒速度有明显影响,颗粒质量流量和弯径比对颗粒束强度和分散快慢影响显着,而管道壁面摩擦系数将降低颗粒速度、加快颗粒束分散。在不同类型弯管和不同工况条件下,弯管部分都是稀相气力输送管道中碰撞强度最大的区域,且颗粒-壁面间的碰撞是稀相气力输送中的主要碰撞形式。CFD-DEM方法获取的颗粒束分散快慢随弯径比的变化规律与实验结果相一致,说明即便在稀相气力输送中,碰撞对管道内颗粒的流动特性依然有重要影响。多球单元法使用若干个球形单元组合来描述非球形颗粒。在表达颗粒形状时,球形单元组合方案的选定十分重要,使用7球单元和4球单元来表达同一玉米状颗粒,得到的仿真结果有较大区别。但简化模型在稀相气力输送中的适用性并未受颗粒形状的影响。对球形颗粒、玉米状颗粒、板状颗粒和杆状颗粒在水平-垂直90。弯管内形成的颗粒束的特性进行比较,发现其颗粒束分散快慢和颗粒在弯管下游垂直管内的速度都有明显差异。多球单元法得到的板状颗粒的运动特性与多边形法预测的结果相一致。此外,板状颗粒在水平-水平90°弯管内依然能形成比球形颗粒更紧凑的颗粒束。倾斜提升管内的压降会随倾斜角度发生明显变化,倾斜角度的增大将使管道内的压降先增后减,倾斜提升管内颗粒的速度小于水平管和垂直管。在管路设计时,使用倾斜提升管不仅可以缩短输送距离、减小弯管角度,还能降低颗粒碰撞强度和系统压降。此外,急弯管的布置会形成复杂的颗粒束且更难分散,急弯管中的直管长度对其中形成的颗粒束的特性影响显着,在布置急弯管时应特别注意选取直管的长度,避免颗粒以过低速度进入二级弯管。
参考文献：
[1]. 密相悬浮气力输送过程及其数值模拟研究[D]. 谢灼利. 北京化工大学. 2001
[2]. 石油焦高压密相气力输送过程的数值模拟研究[D]. 吴定定. 西南石油大学. 2017
[3]. 密相气固两相流流动数值模拟及基于多物理场的传感器建模方法研究[D]. 袁锦凤. 东北大学. 2013
[4]. 钻采法气力输送充填关键技术研究[D]. 杨道龙. 中国矿业大学. 2016
[5]. 高浓度粉体气力输送特性试验研究及其数值模拟[D]. 周国民. 浙江大学. 2005
[6]. 煤炭颗粒旋流气力输送机理及性能研究[D]. 周甲伟. 中国矿业大学. 2017
[7]. 密相栓流气力输送的数值模拟[D]. 邵羽辛. 吉林大学. 2016
[8]. 一种新型气固两相流流动参数测量方法研究[D]. 朱剑. 东北大学. 2014
[9]. 炭黑气力输送气固两相流的模拟分析与实验研究[D]. 夏鹏. 青岛科技大学. 2011
[10]. 基于CFD-DEM方法的稀相气力输送数值模拟研究[D]. 杜俊. 武汉大学. 2015
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