一、鼓泡流化床中气泡特性的图像处理方法研究(论文文献综述)
杨勇[1](2021)在《废树脂裂解流化床中多组分颗粒的分散与混合》文中研究指明核电站发电过程中产生大量放射性废物,其中废离子交换树脂的放射性活度占放射性废物总活度的80%。传统的水泥固化法采用水泥将放射性废物包裹后再填埋处理,虽然工艺流程简单且相对成熟,但是存在废物体积增大、无法保证填埋物的安全性等问题,不符合放射性废物减量化、无害化和永久安全的处理原则。开发安全高效的放射性废物减量化处理技术已成为国内外共同关注的热点问题。与其它放射性废树脂处理技术相比,废树脂蒸汽重整及矿化包容技术有明显的技术优势,不仅可实现高效减容(减容比可达6-10),而且可将超过99.9%的放射性核素固定在硅铝酸盐矿物中,具有抗核素浸出性能好、处理过程安全可靠、对环境影响小等优点。流化床反应器是蒸汽重整及矿化包容工艺的核心设备。裂解反应和矿化包容两种反应在同一流化床反应器中同步进行、相互影响,反应过程异常复杂。废树脂裂解释放的放射性核素需要与高岭土和其他添加剂接触参与矿化反应,才能被固定在矿物中。使用惰性陶瓷球颗粒作为流化介质,可以促进废树脂、高岭土、其他添加剂在流化床反应器中的分散和混合。但是,陶瓷球(B类颗粒)、废树脂(B类颗粒)、高岭土(C类颗粒)的粒径和密度差异大,在流化时极易出现偏析。因此,研究流化特性差异较大的多组分颗粒的流化混合特性不仅具有重要的科学意义,而且可以为流化床蒸汽重整反应器的设计优化和过程强化提供理论指导,有助于实现废树脂的高效裂解和放射性核素的高效矿化包容。鉴于废树脂颗粒、高岭土颗粒和陶瓷球颗粒三组分颗粒的流化混合十分复杂,本论文在二维流化床中采用高速摄像法和PIV技术,先分别研究树脂颗粒和高岭土颗粒在惰性陶瓷球床层中的分散和混合特性;再分别在干态进料和淤浆进料条件下,研究树脂颗粒和高岭土颗粒混合物在惰性陶瓷球床层中的分散和混合特性,并提出强化废树脂颗粒、高岭土颗粒和陶瓷球颗粒混合的方法。本论文的主要研究工作和成果包括:(1)采用高速摄像技术研究了树脂颗粒在陶瓷球颗粒床层中的分散和混合特性,发现从不同高度处进入流化床的树脂颗粒在注射口附近存在三种初始分散路径:当注射位置靠近气体分布板时,分散路径为中心向上;当注射位置为床层侧壁中间区域时,分散路径为沿侧壁向下;当注射位置靠近料面时,分散路径为先横向分散后沿侧壁向下。采用高速摄像法和图像识别技术得到陶瓷球和树脂颗粒混合的Lacey指数,根据Lacey指数随时间的变化规律及不同注射高度处树脂初始分散路径,区分树脂颗粒的初始分散阶段和床层分散阶段。初始分散阶段持续时间随注射高度的增加线性增长,但注射高度对床层分散阶段持续时间影响不大。考察不同气速对树脂分散的影响,发现当注射位置靠近分布区时,树脂颗粒的分散路径不随气速变化,初始分散阶段持续时间可以忽略不计,床层分散阶段持续时间随气速增大而减小;当注射位置位于床层中上部时,初始分散阶段持续时间和床层分散阶段持续时间均随气速的增大而减小,树脂颗粒分散路径与气速有关:低气速下树脂颗粒分散路径为沿侧壁向下,高气速下树脂分散路径为先横向分散后沿侧壁向下。(2)建立了基于灰度值识别超细高岭土颗粒的图像分析方法,提出以灰度分布标准差作为判断高岭土颗粒和陶瓷球颗粒混合质量的特征参数,研究了高岭土在陶瓷球颗粒床层中的分散和混合特性。根据高岭土颗粒注入流化床后初次上升过程中是否发生混合将高岭土分散路径分为两类:当高岭土颗粒平均粒径为7μm时,初次上升过程中高岭土与陶瓷球几乎不发生混合;当高岭土颗粒平均粒径为2μm和4 μm时,初次上升过程中高岭土与陶瓷球颗粒发生强烈混合。不同粒径高岭土颗粒的分散时间随着表观气速增大而减小,当气速大于1.0 m/s(约为3umf)时,再提高气速对分散时间影响不大。分析不同粒径和气速下陶瓷球颗粒床层对高岭土颗粒的截留率可知,平均粒径为2μm和4μm的高岭土颗粒在较高气速下仍有相对较大的截留率,对于矿化反应而言是有利的;而在实验气速范围内平均粒径为7μm的高岭土颗粒截留率都偏低。结果表明,优选的高岭土粒径为2μm和4μm、流化气速为大于3umf,既可以保证较快地完成分散,又能保证较高的截留率。(3)建立了根据颗粒灰度、粒径和球形度差异识别陶瓷球、树脂、高岭土三组分颗粒的图像分析方法,获得了流化床中树脂颗粒和高岭土颗粒的浓度信息,提出以高岭土体积浓度分布的标准差作为特征参数表征高岭土和树脂混合程度。研究了树脂颗粒和高岭土颗粒共进料时在惰性流化床层中的混合特性,发现无论是干态进料还是淤浆进料,树脂颗粒和高岭土颗粒均具有相同的运动路径,但是运动速度不同;干态进料条件下,高岭土颗粒初次上升过程中会堆积在进料口;淤浆进料条件下,高岭土颗粒初次上升过程中会粘附在陶瓷球表面,随陶瓷球运动;淤浆进料条件下流化床层对高岭土颗粒的截留率远大于干态进料。进一步考察淤浆进料时进料管中液含量和高岭土含量对树脂颗粒和高岭土颗粒混合特性的影响,发现稳定混合时间和床层对高岭土的截留率均随进料管中液含量、高岭土含量的增大而增大,液含量对高岭土截留率的影响更大,高岭土含量对混合稳定时间的影响更大。结果表明,淤浆进料时较高的液含量和较低的高岭土含量有利于树脂颗粒和高岭土颗粒的混合。
付爽[2](2021)在《喷动流化床内B类颗粒流动规律与团聚特性研究》文中研究指明喷动流化床是一种典型的气固接触设备,其在化工、能源、材料、食品等领域表现出巨大的应用前景。床内宏观流动规律和介尺度特性的研究对于优化现有应用中的工艺操作及拓展新的应用场景具有重要意义,已有研究多集中在宏观流动规律和特征参数研究,物料局限于Geldart D类和其它特定场景颗粒。因此,本文基于可视化矩形喷动流化床试验平台,针对B类颗粒从气固流动结构转变规律及特征、转变速度多因素影响机理、颗粒团聚规律及特性三个方面开展试验研究,并通过图像法将喷动流化床的研究引入到介尺度范围内。主要结论如下:(1)结合压力脉动信号分析和可视化单元图像处理明确区分定义了固定床以外的八种典型气固流动结构:内部射流、鼓泡流化、腾涌流化、喷动、充气喷动、喷动流化、湍动流化、不稳定结构(不稳定喷动和不稳定腾涌)。从时域和频域角度详细分析了鼓泡流化、腾涌流化和湍动流化三种典型气固流动结构特征,包括喷动区和环形区差异、增大流化气对气固流动特征的影响等。(2)确立了四种粒径颗粒流动结构转变相图,研究发现B类颗粒流动规律整体上存在共性,随着颗粒平均直径(dp)的增大内部射流、喷动和喷动流化的范围增大,湍动流化的范围减小。相较于D类颗粒,保持适当的表观喷动气速(通常小于最小喷动速度),均匀增大表观流化气速(Uf)床内最终可以得到湍动流化的气固流动结构,存在两条不同的到达湍动流化转变路径;低喷动气速时,均匀增大Uf依次出现的气固流动结构与一般研究中D类颗粒前段流动结构转变相同,而较高喷动气速时,均匀增大Uf依次出现的气固流动结构则与一般研究中D类颗粒后段流动结构转变相同。(3)通过压力梯度标准差的方法确定湍动流化转变速度(Uc),研究发现静止床层高度(H0)增大、dp增加或床体高度(H)减小均会引起Uc不同程度上的增大;Uc随表观喷动气速(Us)或喷口宽度(Di)变化表现出“S”型的变化趋势。在现有研究基础上引入Di和Us,建立了两种新的无量纲化Uc预测关联式。(4)采用图像法以形状和结构识别定义了喷动流化床内湍动流化条件下出现的五种典型的颗粒团聚:倒U形颗粒团聚、U形颗粒团聚、环核型颗粒团聚、带状颗粒团聚、网状颗粒团聚,分别分析其生成原因和揭示其发展演化规律。提出并定义了颗粒团聚分率(Fc)用以量化床内的团聚程度,研究发现Fc随着H0和dp的增加而增大,随着Di的增大呈现“S”型变化趋势,随着H增加总体上表现出先减小后增大的趋势;通过气速配比表征Us和Uf的影响,对于固定的总表观气速,随着Us配比的增大Fc先减小后增大,存在极小值。
张亚东[3](2020)在《基于多信号耦合分析的振动分选流化床中气泡动态行为特性研究》文中研究说明煤炭是我国的主体能源,是国民经济发展和工业生产的重要能源基础。在经济增长放缓、经济结构和能源结构调整加快及环保力度加大的背景下,开展煤炭清洁高效利用技术的研发是推进煤炭行业绿色、可持续发展的重要举措。流态化干法选煤技术作为一种已实现工业化推广与应用的高效干法选煤方法,主要适用于6 mm以上块煤的分选。然而,–6+1 mm细粒煤干法分选技术的研发尚无重大突破,是制约煤炭全粒级大规模干法分选的技术瓶颈。振动流化床能够满足适合细粒煤按密度离析的分选环境,强化细粒煤的干法分选效果。由于振动流化床中气泡的存在不利于细粒煤分选过程的调控,且分选过程中气泡的运动行为及气泡与细粒煤分选行为间的作用机理尚不清晰。因此,本文基于压力、应力和图像多信号耦合的分析方法,对细粒煤振动流化床分选过程中气泡运动行为、特征演化规律及细粒煤振动分选的适应性开展系统性研究。通过分析振动流化床床层压降信号的标准差,研究了床层流型的转变规律,界定了适合细粒煤分选的气速操作范围。分析了不同流型状态下床层压力波动信号时域和频域范围内的非线性多尺度特征及其能量分布规律,揭示了床层流型转变的机理,建立了压力波传递速率方程。同时,基于床层压力信号的采集,重构了床层密度的时空分布特性,阐释了气泡行为对床层密度均匀稳定性的影响,建立了床层密度分布与气泡产生频率的关联式。依据相邻压力信号的相关特性分析,提出了基于小波分析的气泡引起压力信号的提取方法,结合压力信号分析方法和数字图像处理技术,揭示了压力信号与气泡运动行为间的响应关系,建立了操作参数与气泡运动行为特征的物性关联,分析了不同操作条件下全床空隙率的平均分布特征,揭示了气泡相和乳化相间的动态演化规律。通过对床层颗粒碰撞作用力的测量,结合分析乳化相高度的变化规律,阐述了颗粒床层的准散式流态化稳定形成机理,基于颗粒系统动力学演变规律分析,从能量角度揭示了床层中气泡的产生机理,通过分析各操作因素协同作用对气泡运动行为的抑制机制,改善床层流化质量,为细粒煤的分选调控提供理论基础。采用两种不同性质的原煤进行振动流化床干法分选试验,研究了分选过程中气泡对细粒煤分离行为的作用机理以及各因素对细粒煤分离行为的调控作用。提出了细粒煤分选过程中颗粒混合、分离的评价指标,揭示了不同操作参数对细粒煤分选行为的调控机理,探索了振动流化床对不同煤种分选的适应性。结果表明:无烟煤经过干法分选精煤灰分降低为8.2%,精煤产率为56.1%,分选精度E值为0.15 g/cm3。焦煤选后精煤灰分为9.3%,精煤产率为78.7%,分选精度E值为0.13 g/cm3,无烟煤和焦煤经过振动流化床干法分选后,提高了煤炭产品质量,且焦煤的分选效果明显高于无烟煤。本论文共有图87幅,表12个,参考文献234篇。
朱晋永[4](2020)在《加压流化床密相区对流传热特性研究》文中提出加压富氧流化床燃烧技术具有低能耗、低排放、高效率的优势,是一种拥有良好应用远景的发电技术,然而流化床在加压富氧条件下的流动、燃烧及传热特性等方面的研究尚不完善。本文进行加压鼓泡流化床密相区内埋管表面气固流动特性与对流换热特性研究,探究流化床密相区内埋管与床层间的换热机制,揭示操作压力、流化风速等参数对埋管表面气泡发生频率、气泡相、颗粒相附壁时间分率、颗粒相平均附壁时间以及埋管表面局部、平均对流换热系数的影响规律,为加压流化床密相区的设计、制造及运行提供理论支持和数据支撑。首先,设计并搭建了二维加压鼓泡流化床实验装置,控制系统压力(1bar~6bar)、流化数等操作参数,研究其对气泡发生频率、气泡相、颗粒相附壁时间分率及颗粒相平均附壁时间等埋管表面气固流动特性参数的影响规律。结果表明:随着操作压力的升高,颗粒的临界流化风速减小,大颗粒的临界流化风速受压力的影响比小颗粒更明显;流化床内埋管底部(-90°和-45°)的气泡频率大于管顶部(90°和45°)的气泡频率,在流化数较小时管顶部几乎没有气泡,形成颗粒滞止区;随着操作压力的升高,埋管周围的气泡频率明显增高,气泡尺寸减小,气泡相附壁时间分数减小但趋势很小,而颗粒相平均附壁时间几乎不受压力影响;随着流化风速的增加,埋管表面气泡频率均有明显增加;气泡相附壁时间分数受气泡频率和气泡附壁停留时间的影响,随着流化风速的增大而增加;在不同的压力条件下,颗粒相附壁停留时间随流化风速增大而减小。对气泡相附壁时间分数、颗粒相平均附壁时间进行拟合,得到了不同操作压力、流化风速及颗粒粒径下的实验关系式。其次,基于电加热平衡法,通过布置电加热埋管在加压鼓泡流化床密相区进行了对流换热特性的实验研究,研究了操作压力(1bar~6bar)、流化数等对埋管与床层间对流换热特性的影响规律,结合埋管表面的气固流动特征参数,揭示了流化床密相区埋管与床层间的换热机制。结果表明:密相区内埋管与床层间的换热效果受气泡频率、埋管表面气泡相附壁时间分率、颗粒相附壁时间的影响;埋管底部为气泡发生频率较高的区域,表面局部换热系数随气泡频率的升高而增加,近乎呈正比关系;埋管顶部为气泡发生频率较小的区域,但拥有较大的颗粒相附壁时间分率,密相区内颗粒相与换热面间的换热占床层与换热面间换热的主导作用,因此局部换热系数总是随粒相附壁时间分率的升高而增大;平均对流换热系数随颗粒相附壁停留时间的减小而增大,达到峰值后,随颗粒相附壁停留时间的减小而减小;随着流化风速的增大,平均对流换热系数不断增大,当到达最佳流化风速时,平均对流换热系数达到最大值,随着流化风速的继续增加,对流换热系数不断减小;压力的升高导致气相对流传热加强,改善床内的流化质量,换热表面处的气泡数量增多、尺寸减小,颗粒团更新频率加快,从而强化了传热。最后,基于颗粒团更新模型,引入了气膜热阻、热渗透完全所需时间、热渗透未完全阶段和热渗透完全阶段等概念,获得了流化床密相区的传热模型,揭示了密相区换热面与床层间换热的详细机制。结合气泡相附壁时间分数和颗粒相平均附壁停留时间的修正公式,获得了流化床内密相区埋管与床层间总平均对流传热系数的预测公式,并从多个角度通过实验数据验证了模型的准确性,当颗粒团附壁停留时间等于热渗透完全所需时间时,平均对流换热系数达到了最大值,该模型除了预测平均对流换热系数,还可以预估最佳流化风速(uopt)和最大对流传热系数(hmax)。
王腾[5](2019)在《气固流化床CFD-PBM耦合模型的开发及其在大型高温费托反应器中的应用》文中研究表明气固鼓泡流化床反应器具有较高的相间传热、传质速率,较小的温度梯度分布且易于连续性操作,在能源化工领域得到了广泛的应用。由于流化床内气固流体力学特性复杂,反应器的设计和应用仍然存在诸多问题。深入研究流化床中非均匀特性及其对多相传递过程的影响,始终是流态化工程基础研究和实际应用的难点。近年来,计算流体力学(CFD)方法在模拟气固流化床内多相流动方面发展迅速,成为流化床反应器开发、设计和放大应用的重要辅助工具。传统的双流体模型基于局部均匀假设,网格尺寸需要足够小才能捕捉到气泡等局部非均匀结构,这导致应用传统方法和商业软件模拟大型工业化装置时,网格数量将达到数以亿计,远超现有计算能力。因此,开发适用于粗网格计算的非均匀曳力模型成为多相流CFD研究的热点。但是,现有的非均匀曳力模型主要以气含率函数的形式间接体现局部非均匀性对曳力的影响,数值模拟结果还不能重现实验观测到的气泡尺寸分布,具有一定的局限性。本文以大型高温费托反应器为应用背景,围绕气固鼓泡流化床内气泡这一局部非均匀结构,开发适合模拟大型流化床反应器的CFD计算模型,主要研究内容如下:提出了可用于粗网格计算的拟泡-乳三相曳力模型(PBTD)。借用气液两相流中模拟气泡特性的群体平衡模型(PBM),模拟气固鼓泡流化床内气泡尺寸分布与动态演化,将气泡相PBM计算与气固两相流场CFD模拟相结合,采用颗粒动理学理论(KTGF)封闭固相压力和粘度项,构建了 CFD-PBM耦合模型。在总结和分析前人工作的基础上,建立了完整的气泡合并和破碎模型。对前人气泡合并和破碎模型进行改进,提出了新的气泡合并和破碎模型。采用CFD-PBM耦合模型对小型2D流化床进行了模拟计算,对比了不同气泡合并破碎模型的模拟结果,以及气泡合并和破碎模型改进前后的模拟结果。考察了床层膨胀高度、床层平均气泡含率、瞬时气泡云图、平均气泡尺寸沿床层高度变化、不同床层高度处气泡尺寸分布等流场特性。通过模拟结果与实验数据以及细网格TFM-KTGF模拟结果的比较,表明改进后的气泡合并和破碎速率模型模拟结果得到明显改善,提高了对气泡尺寸分布的预测能力。利用MATLAB编程,对细网格TFM-KTGF模拟数据进行了详细的后处理,研究了气泡的合并和破碎行为。开发了气泡追踪算法,对气泡的合并和破碎事件进行了统计分析,计算了不同床层高度和气泡尺寸的气泡合并和破碎频率,考察了气泡破碎后子代气泡的尺寸分布。将气泡破碎频率与本文提出的气泡破碎频率公式进行了对比,验证了气泡破碎频率模型。对两个小型3D气固鼓泡流化床工况进行模拟计算,进一步评价CFD-PBM耦合模型的预测能力。在工况1流化床中,进行细网格TFM-KTGF模拟和粗网格CFD-PBM模拟,结果显示CFD-PBM耦合模型在粗网格条件下模拟得到的结果与TFM-KTGF模型在细网格条件下得到的结果吻合良好。在工况2流化床中,采用粗网格同时进行CFD-PBM耦合模拟和TFM-KTGF模拟。此外,还采用拟泡-乳曳力模型结合气泡尺寸经验模型进行了无PBM模拟。通过三种计算结果的对比表明,虽然单独采用PBTD模型也可以在粗网格条件下提高预测能力,但是引入PBM模型后,模型预测的时均气含率和时均颗粒速度与实验结果更加吻合。此外,使用CFD-PBM耦合模型预测了实验难以测量的气泡尺寸概率密度分布情况。模拟所得平衡气泡尺寸和穿透高度与经验公式计算值吻合良好。应用本文提出的基于局部非均匀假设的PBTD模型,对带冷却盘管的大型高温费托流化床反应器进行模拟。考虑内构件的存在,床层径向气泡尺寸分布范围变窄,气泡尺寸更趋于均匀,可忽略气泡尺寸分布和径向变化,采用Ozawa等人修正的Mori-Wen公式计算气泡尺寸随床高的变化。建立了基于PBTD非均匀曳力模型的高温费托合成反应器传递-反应模型,预测反应器内的流动、传质和反应过程。比较了模拟结果和经典经验公式计算以及某公司提供的现场测量数据;考察了传质反应特性,如传质速率、反应速率以及各气相组分浓度分布等。结果发现,H2、CO的传质速率高的区域[-CH2-]的生成速率也明显比较高。对反应器出口气体组分质量分数进行了模拟计算,取得了较好的结果,表明本文开发的基于非均匀假设的PBTD模型适用于模拟工业规模的反应器,对实际反应器开发和运行具有指导价值。
闫盛楠[6](2019)在《流化床内基于神经网络方法的非球形颗粒两相流模拟研究》文中研究指明气固流态化系统广泛应用于能源、化工、食品、航天等工业领域。在气固流态化系统中,颗粒通常呈现不规则的非球形。在传统的研究方法中为了简化计算,研究者们通常将颗粒假设为球形颗粒。然而,在很多实际的颗粒系统中,球形颗粒的假设已不能真实的反映流态化系统中的颗粒流动行为,严重地影响了流化床反应器的设计、优化、模化和实际运行。因此,开展典型流化床内非球形颗粒气固两相流体动力特性的研究是十分必要的。数值模拟方法是一种常用的预测复杂气固两相流态化系统中流体动力特性的有效方法。本课题中拟采用欧拉-欧拉双流体模型,开展典型流化床内非球形颗粒气固两相流体动力学特性研究。非球形颗粒气固两相流体动力学数值模拟研究方法中的难点之一在于,由于颗粒形状复杂,气固间的曳力系数难以有效预测,球形颗粒的气固曳力系数不能准确地反映真实的曳力情况。鉴于人工智能方法的飞速发展,本课题中拟采用人工神经网络方法建立非球形颗粒曳力系数预测方法和关联式,并将该关联式嵌入到欧拉-欧拉双流体模型中,应用于几种典型气固流化床系统流体动力行为的预测。通过人工神经网络预测方法对非球形颗粒气固曳力系数进行预测及分析。首先比较反向传播(BP)神经网络模型和径向基函数(RBF)神经网络模型对Song等的实验结果进行预测。结果表明,采用RBF方法预测非球形颗粒气固曳力系数误差较小,计算效率较高。同时应用RBF神经网络模型,对不同球形度下的气固曳力系数进行预测和分析。研究结果表明,人工神经网络可以用于非球形颗粒气固曳力系数的预测研究,研究结果可为复杂形状颗粒气固曳力系数的预测提供一种有效的手段,可进一步发展非球形颗粒的双流体模型。应用PIV技术对喷动床内非球形颗粒气固流动特性进行实验研究,获得非球形颗粒在喷动床内喷动区、喷泉区和环隙区各区域的速度分布,以及曳力分布等特性。实验结果表明,随着入口喷动气速的增加,喷动区高度范围变化不大,喷泉区高度范围逐渐增大。应用建立的非球形颗粒两相流模型进行喷动床内气固两相流体动力特性数值模拟研究,模拟结果与本文实验结果进行对比分析,数值模拟结果与实验结果符合较好,进一步验证所建立的气固曳力系数关联式的适用性。将基于人工神经网络模型得到的曳力系数关联式嵌入欧拉-欧拉双流体模型,数值模拟鼓泡流化床内非球形颗粒流体动力行为,分析颗粒速度、颗粒温度、各向同性分布、扁平因子分布等。数值模拟结果同实验结果符合较好,表明该曳力模型的适用性。颗粒在床内呈现环核流动,即在中心区域上升,在两侧边壁区域下降。颗粒形状对于颗粒水平方向速度影响甚微,对于垂直方向速度有一定影响,但这种影响并不是单调的函数关系。不同颗粒球形度对颗粒高频脉动能量分布影响较大,但对颗粒低频脉动能量分布影响较小。将基于人工神经网络模型得到的曳力系数关联式嵌入欧拉-欧拉双流体模型中,数值模拟提升管内非球形颗粒的流体动力行为,分析球形度、颗粒密度和颗粒尺寸对提升管内气固两相流体动力特性的影响。数值模拟结果同实验数据符合较好,再一次表明该曳力模型的适用性。颗粒球形度的差异显着影响提升管内颗粒的颗粒浓度分布以及颗粒聚团介尺度结构的形成。不同颗粒球形度对颗粒高频脉动能量分布影响较大,但对颗粒低频脉动能量分布影响较小。
谭震[7](2020)在《流化床中颗粒静电特性及对流动特性的影响机制》文中认为在高绝缘性物质作为床料颗粒的气固流化床中,颗粒与颗粒及颗粒与壁面之间不间断的接触和分离不可避免导致静电的产生。静电积累到一定程度会对流化床的气固流动特性产生影响,轻则导致颗粒团聚,形成死区和沟流;重则导致颗粒结片,堵塞布风板,引起停车事故。因此,研究静电影响流化床流化特性的规律和机理,对于流化床反应器的设计及运行具有非常重要意义。然而,目前流化床静电的研究仍然较为零散,缺乏系统深入的认知。本文设计并搭建了树脂玻璃的可视二维流化床系统,使用不同物性参数的绝缘颗粒作为床料,对气固流化过程中静电的产生及静电对气固流动的影响进行了实验研究。对颗粒所受静电力的大小和方向以及流化床中的电势分布进行了数值模拟研究,揭示了荷电流化床中电场分布及对气固流动的影响机制。本文主要研究内容和结论如下:(1)流化床中颗粒荷电实验研究进行了流化床操作参数和床料物性影响流化床荷电特性的实验研究。实验结果表明,流化风速不变,随着流化时间的增加,颗粒平均电荷密度不断增大,并在流化到一定的时间后达到饱和。流化风速增大,颗粒饱和电荷密度随之增大。流化风速决定流化床气固流动的激烈程度,颗粒流化越剧烈,电荷生成率越高,流化床内电荷达到饱和状态时的颗粒平均电荷密度越大。初始静床高的改变也会引起颗粒平均电荷密度的变化,流化床内不同区域气固流动剧烈程度的差异会导致流化床不同区域颗粒荷电程度上的差异。实验对比了不同粒径的玻璃细珠(GB)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、玉米粉(CP)三种材质颗粒荷电特性。实验结果表明,相同实验条件下,GB颗粒和CP颗粒在流化后携带正电荷,而LLDPE颗粒在流化后携带负电荷。相同粒径条件下,在电荷达到饱和状态时,CP颗粒和LLDPE颗粒的平均电荷密度高于GB颗粒。对于相同材质不同粒径的颗粒,在电荷达到饱和状态时,小粒径颗粒的平均电荷密度高于大粒径颗粒。这说明颗粒与流化床壁面之间的相互作用对颗粒最终携带电荷的符号起决定性作用。绝缘体材料功函数越高则更容易获得电子而携带负电,功函数越低则更容易失去电子而携带正电。此外,由于不同颗粒粒径及表观结构的差异导致的比表面积差异,小粒径颗粒在电荷达到饱和状态时携带的电荷量更多。而相同粒径情况下,CP颗粒和LLDPE颗粒相比GB颗粒在电荷达到饱和状态时所携带的电荷量更多。(2)流化床静电对气固流动影响的实验研究实验使用GB颗粒作为床料,利用高速照相机记录气泡注入流化床的全过程,并通过数字图像分析法(DIA)分析了不同荷电密度下临界流化状态流化床内的单气泡在上升过程中面积、纵横比及上升速度等特性的变化规律。气泡实验结果表明,随着流化床荷电密度的增高,单气泡在上升过程中纵横比变小,面积变大。在静电的影响下,气泡在床层底层遇到的阻力变小而在床层中上层遇到的阻力变大,气泡上升初期速度变大而在床层中上层时速度变小。此外,随着流化床荷电程度的增高,气泡在接近床层表面时发生分裂。颗粒荷电导致颗粒受力的改变,进而影响到流化床内的气固流动特性。(3)流化床中颗粒静电影响气固流动特性的数值模拟研究分别使用欧拉-欧拉方法和欧拉-拉格朗日方法,分析荷电流化床中气泡特性变化的原因。欧拉-欧拉方法利用麦克斯维尔方程组推导出的电势标量方程建立静电模型,并将静电模型带入双流体模型(TFM)中,对气泡实验进行还原。模拟根据电势梯度分布和静电力分布对固体相的静电力受力进行分析。欧拉-拉格朗日方法利用库伦定律建立静电力模型,并将静电力模型带入CFD-DEM模型中,通过对颗粒的受力分析研究荷电流化床中气泡形变的原因。欧拉-欧拉方法对气泡实验全尺寸模拟的模拟结果表明,固体相荷电导致气泡纵横比变小,体积变大。模拟结果中未发现气泡顶端颗粒掉落的现象,也并未发现气泡分裂的现象。此外,通过对模拟结果中流化床电势分布的分析可知,电场与气泡之间的影响是相互的,气泡在受到静电影响的同时也会影响流化床的电势分布;欧拉-拉格朗日方法对小尺寸流化床单气泡注入过程的模拟结果表明,颗粒荷电使气泡边缘处颗粒受到指向气泡内侧的静电力作用,导致气泡上半部分发生颗粒坠落,气泡体积变小,说明静电对气泡周围荷电颗粒受力及运动的影响是导致气泡发生形变的主要原因。双极荷电系统中的静电力分布无规律可循,携带异号电荷的颗粒由于异性相吸容易形成颗粒对,弱化了颗粒间相互作用导致的气固流动特性的变化。此外,本文还对比了欧拉-欧拉方法和欧拉-拉格朗日方法的模拟结果,通过剖析两种方法的原理,讨论了两种方法之间原理上的不同,分析了两种方法在研究气固流动静电现象时各自的优缺点,并将这两种方法的优点相结合,提出一种新型的混合方法。混合方法以欧拉-拉格朗日方法求解气固流动以及颗粒之间的静电力相互作用,以欧拉-欧拉方法思路计算每个时间步的电势。根据新型混合方法的模拟结果可知,单极荷电系统中乳相区远离气泡和床层边界的区域电势最高,越靠近气泡和床层边界的区域电势越低。颗粒所受静电力的方向沿着电势由高变低的方向,这使单极荷电系统中气泡边缘处的颗粒产生向气泡内侧运动的趋势并最终影响流化床的气固流动特性。新型混合方法实现了对气固流动静电问题全尺度的分析,推动了对于静电影响气固流动特性的机理性认识。
胡陈枢[8](2019)在《流化床内流动、混合与反应的多尺度模拟研究》文中研究表明流化床是一种重要的工业反应器,在能源、化工、冶金等领域得到了广泛应用。流化床反应器内存在典型的稠密气固两相流反应过程,该过程具有多态(流动状态)、多尺度特点,并受到多参数(如操作参数、颗粒性质、几何结构等)、多物理场(如流场、传热场、反应场、附加场等)相互耦合作用,从而形成高度非线性的复杂时空演变特征。在流化床研究中,数值模拟能够以较低的成本,快速对不同的几何结构、运行工况进行评估,并以较高精度解析反应器内的气固流动细节,因此得到越来越多的使用。然而到目前为止,各模拟方法的可靠性仍然有待提升,对流化床气固流动规律的认识需要进一步深入。基于上述认识,本文旨在发展多尺度稠密气固两相反应流模拟方法,将CFD-DEM、Coarse-grained CFD-DEM、MP-PIC以及TFM四种主流方法从模拟冷态流动拓展到热态反应过程,对不同尺度流化床内气固流动、传热以及反应多场耦合过程进行预测,并利用一系列实验数据在不同流化床系统内对模型进行检验验证。基于上述方法,作者开展了以下几部分工作:第一部分中通过文献综述,对稠密气固两相流的不同模拟方法、重要子模型(曳力模型、碰撞模型)及其参数在不同流化条件(流态、颗粒类型、床体结构等)下的适用性(准确性、计算效率)进行了系统性评估。第二部分中对冷态流化床内进行了数值模拟研究,围绕介尺度结构(即鼓泡床中气泡与循环床中颗粒团)特性及其影响进行分析。研究了:(1)鼓泡床内不同气压下的埋管磨损行为;(2)循环床提升管内颗粒团时间演化机理与风速的影响。结果揭示了介尺度结构的演化机理与影响机制,反映了其在气固流动与混合中起到的关键作用。第三部分中对实验室热态流化床内的传热、热解、气化与燃烧过程进行模拟研究:(1)探究了喷动床中颗粒碰撞参数对流动与传热的影响,并揭示了其影响机制;(2)考察了鼓泡床生物质快速热解过程中反应颗粒尺寸/密度变化的影响,并对比了不同模拟方法在预测该过程时的异同;(3)研究了鼓泡床煤气化过程中操作参数(粒径、床温)的影响;(4)考察了鼓泡床内煤燃烧过程中二次风条件的影响,并深入分析了床内局部过热区的形成机制。上述研究着重探讨了流动、传热与燃烧过程的相互作用,以及气固混合在上述相互作用中发挥的影响。第四部分中将模拟尺度扩大到了工业尺度流化床,研究了工业300MWe循环流化床燃煤锅炉内的流动、传热与燃烧反应的耦合过程,并考察了给料方式的影响。
宋加龙[9](2019)在《加压流化床气固流动特性研究》文中提出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。
邹媛媛[10](2019)在《内构件对化学链燃烧反应器气固流动特性影响的实验和模拟研究》文中研究说明巨大的能源消耗加剧了CO2等温室气体的排放,有效控制和减少CO2排放已在全球范围达到共识。化学链燃烧是一种低成本分离CO2的新型燃烧技术,具有广泛的应用前景。目前,在化学链燃烧过程中,燃料反应器一般采用鼓泡流化床形式,然而鼓泡流化床内存在的大气泡降低了气固接触效率,不利于燃料的高效转化和CO2捕集。本文向燃料反应器中加入内构件以期强化气固接触,提高燃料转化率。研究基于计算颗粒流体力学(Computational Particle Fluid Dynamics,CPFD)方法展开,首先对燃料反应器进行三维数值模拟,探究内构件对反应器内的气固流动特性的影响,最后基于模拟结果,在改进后的新型串行流化床反应器内进行了化学链燃烧特性的实验研究。基于CPFD方法开展了燃料反应器的三维数值模拟,模拟结果和实验结果吻合,验证了数值模型的正确性。基于此模型,探讨了内构件的结构形式(数量、开孔率和开孔类型)对燃料反应器内气固流动的影响规律,结果表明:相比无内构件反应器,加入内构件可以有效改善燃料反应器和下降管中压降波动较大的现象,使系统运行更加稳定;加入不同数量内构件后,燃料反应器被分成若干个由密相区和稀相区组成的腔室,各个腔室中的固含率以及颗粒时均轴向速度分布趋势一致;增大开孔率能有效改善颗粒在内构件上方侧边壁附近的堆积现象,同时还能减小内构件处的压降,从而降低内构件的磨损,但过大的开孔率会使上部腔室中的固含率分布不均匀;采用混合开孔类型的内构件时,不同孔径开孔之间存在的压力差促进了内构件附近气体和颗粒的径向混合,使床内气固接触效率更高。基于Matlab软件对从CPFD模拟结果中获取的瞬时固含率分布图像进行处理,提取准确的气泡参数并进行统计分析,探究内构件结构形式对燃料反应器内气泡尺寸、形状以及位置的影响规律,结果表明:加入内构件数量越多,燃料反应器内的小气泡频率越高,并且圆形度高的气泡频率越高,对气固接触效率的提高最显着;内构件开孔率越小,对气泡聚并的抑制作用越强,大气泡频率越低,但内构件开孔率的减小,会导致气泡的横纵比朝减小的方向移动,气泡形状分布趋于不均匀,不利于气固接触的强化;采用混合开孔类型的内构件对大气泡的破碎效果最好,气泡直径分布更加均匀,圆形度高的气泡频率最高。综上所述,内构件数量为4,开孔率为9.4%,采用混合开孔类型2α+2β时,对反应器内气固接触效率的提升效果最显着。基于燃料反应器的数值模拟结果,在新型内构件化学链燃烧反应器内分别考察了CO气体燃料和生物质固体燃料在不同燃料反应器温度下的燃烧特性,结果表明:系统稳定运行期间,空气反应器压降以及腔室之间的压差随时间的变化曲线围绕固定值上下波动,载氧体的循环处于动态平衡;在840℃-900℃的温度范围内,CO的转化率均在90%以上;提高燃料反应器温度可以加快生物质化学链燃烧速率,在900℃条件下,碳转化效率和碳捕集率分别高达92.5%和98.5%。
二、鼓泡流化床中气泡特性的图像处理方法研究(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、鼓泡流化床中气泡特性的图像处理方法研究(论文提纲范文)
(1)废树脂裂解流化床中多组分颗粒的分散与混合(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
第二章 文献综述 |
2.1 放射性废物处理现状 |
2.2 放射性废物处理技术 |
2.2.1 直接固化处理 |
2.2.2 无机化处理技术 |
2.3 废树脂蒸汽重整及矿化包容技术 |
2.3.1 树脂裂解机理 |
2.3.2 核素的挥发性 |
2.3.3 矿化反应机理 |
2.3.4 蒸汽重整工艺及特点 |
2.4 流化床中颗粒混合特性 |
2.4.1 流化颗粒的分类 |
2.4.2 双组分颗粒的混合特性 |
2.4.3 侧壁气固喷射对颗粒混合的影响 |
2.4.4 侧壁淤浆喷射对颗粒混合的影响 |
2.5 流化床中颗粒混合的检测方法 |
2.5.1 侵入式测量方法 |
2.5.2 非侵入式测量方法 |
2.6 课题的提出 |
第三章 实验装置与方法 |
3.1 实验装置 |
3.2 实验原料和试剂 |
3.3 检测方法 |
3.3.1 压力脉动检测 |
3.3.2 高速摄像法 |
第四章 树脂颗粒在惰性流化床层中的分散与混合 |
4.1 引言 |
4.2 图像分析与数据处理 |
4.2.1 图像分析方法 |
4.2.2 树脂颗粒和陶瓷球颗粒混合程度表征 |
4.2.3 粒子速度场 |
4.3 不同注射高度对树脂分散状况的影响 |
4.3.1 不同注射高度下树脂分散的三种模式 |
4.3.2 不同注射高度对分散速率的影响 |
4.4 表观气速耦合注射高度对树脂分散的影响 |
4.4.1 注射高度位于近分布板区域时表观气速对树脂分散的影响 |
4.4.2 注射高度位于床层中上部时表观气速对树脂分散的影响 |
4.5 本章小结 |
第五章 粘性高岭土颗粒在惰性流化床层中的分散与混合 |
5.1 引言 |
5.2 图像分析及数据处理 |
5.2.1 图像分析方法 |
5.2.2 高岭土颗粒和陶瓷球颗粒混合程度表征 |
5.3 粒径和表观气速对高岭土颗粒分散特性的影响 |
5.3.1 粒径对高岭土颗粒分散特性的影响 |
5.3.2 表观气速对不同粒径高岭土颗粒分散特性的影响 |
5.4 粒径和表观气速对高岭土颗粒截留率的影响 |
5.5 本章小结 |
第六章 树脂和高岭土共进料时在惰性流化床层中的分散与混合 |
6.1 引言 |
6.2 图像分析及数据处理 |
6.2.1 图像分析方法 |
6.2.2 树脂颗粒和高岭土颗粒混合程度表征 |
6.2.3 高岭土对陶瓷球颗粒的包覆比例表征 |
6.3 进料方式对树脂和高岭土颗粒混合特性的影响 |
6.3.1 进料方式对树脂和高岭土颗粒分散路径的影响 |
6.3.2 进料方式对高岭土颗粒截留率的影响 |
6.4 侧壁淤浆喷射条件下树脂和高岭土的混合特性 |
6.4.1 进料管中液含量对树脂和高岭土颗粒混合特性的影响 |
6.4.2 进料管中高岭土含量对树脂和高岭土颗粒混合特性的影响 |
6.5 本章小结 |
第七章 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 展望 |
参考文献 |
作者简介 |
(2)喷动流化床内B类颗粒流动规律与团聚特性研究(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 |
1.2 流态化现象及流型转变 |
1.2.1 流态化颗粒类别 |
1.2.2 流型分类 |
1.3 喷动流化床的工业应用 |
1.3.1 煤气化 |
1.3.2 生物质热解 |
1.3.3 造粒与包覆 |
1.3.4 物料干燥与混合 |
1.4 国内外研究现状 |
1.4.1 喷动流化床内流动规律 |
1.4.2 颗粒团聚特性 |
1.5 研究目的及意义 |
1.6 研究内容和总体思路 |
1.6.1 研究内容 |
1.6.2 总体思路 |
1.7 本章小结 |
第二章 喷动流化床气固流动结构及其特征分析 |
2.1 引言 |
2.2 喷动流化床试验系统 |
2.2.1 喷动流化床 |
2.2.2 气体定量供给单元 |
2.2.3 压力信号测量与处理单元 |
2.2.4 可视化单元 |
2.2.5 试验物料及操作步骤 |
2.3 喷动流化床气固流动结构 |
2.3.1 典型气固流动结构 |
2.3.2 流动结构分析 |
2.4 压力脉动信号特征分析 |
2.4.1 标准差分析 |
2.4.2 功率谱分析 |
2.5 流动相图及转变规律 |
2.6 本章小结 |
第三章 喷动流化床中湍动流化转变速度 |
3.1 引言 |
3.2 湍动流化 |
3.2.1 湍动流化现象及转变速度定义 |
3.2.2 压力梯度波动标准差 |
3.2.3 压力梯度波动标准差基本分布规律 |
3.3 试验结果分析 |
3.3.1 静止床高的影响 |
3.3.2 喷动气速的影响 |
3.3.3 喷口宽度的影响 |
3.3.4 颗粒粒径的影响 |
3.3.5 沿床高的变化 |
3.4 预测关联式 |
3.4.1 现有预测关联式 |
3.4.2 本文关联式 |
3.5 本章小结 |
第四章 喷动流化床内颗粒团聚规律及其特性 |
4.1 引言 |
4.2 图像采集及处理方法 |
4.3 颗粒团聚图像识别方法 |
4.4 典型颗粒团聚结构及其演变 |
4.4.1 倒U形颗粒团聚结构 |
4.4.2 U形颗粒团聚结构 |
4.4.3 环核型颗粒团聚结构 |
4.4.4 带状颗粒团聚结构 |
4.4.5 网状颗粒团聚结构 |
4.5 颗粒团聚分率的表征 |
4.6 颗粒团聚特性 |
4.6.1 静止床高的影响 |
4.6.2 气速配比的影响 |
4.6.3 喷口宽度的影响 |
4.6.4 颗粒粒径的影响 |
4.6.5 沿床高的变化 |
4.7 本章小结 |
第五章 主要结论与展望 |
5.1 主要结论与创新点 |
5.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录:作者在攻读硕士学位期间发表的论文 |
(3)基于多信号耦合分析的振动分选流化床中气泡动态行为特性研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
abstract |
变量注释表 |
1 前言 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 课题来源 |
1.3 研究目标及方法 |
2 文献综述 |
2.1 细粒煤流态化干法选煤技术概述 |
2.2 气固密相流化床中的气泡动力学 |
2.3 振动流化床中的气泡特性研究进展 |
2.4 本章小结 |
3 试验系统与材料 |
3.1 振动流化床分选试验系统 |
3.2 数据采集设备 |
3.3 数据分析软件 |
3.4 试验物料 |
3.5 本章小结 |
4 振动分选流化床压力波动与密度特性 |
4.1 床层压力波动的测定方法 |
4.2 床层压力波动差及流型划分 |
4.3 床层压力波动行为及压力信号的非线性多尺度分析 |
4.4 床层密度的时空分布 |
4.5 床层压力波动的能量传递与耗散 |
4.6 本章小结 |
5 振动分选流化床气泡运动行为及分布特性 |
5.1 气泡运动图像的统计分析方法 |
5.2 床层中气泡的生长迁移规律 |
5.3 床层中气泡引起的压力信号分析 |
5.4 床层中气泡的形状变化及分布特征 |
5.5 床层空隙率分布特性 |
5.6 本章小结 |
6 振动分选流化床流化稳定及气泡抑制机理 |
6.1 颗粒床层的流化稳定性 |
6.2 气流与振动能量对气泡的抑制作用规律 |
6.3 气泡产生频率理论分析 |
6.5 本章小结 |
7 振动分选流化床细粒煤分选特性研究 |
7.1 原煤特性分析 |
7.2 气泡运动对细粒煤分离行为的影响 |
7.3 操作参数对细粒煤分选行为的影响 |
7.4 细粒煤干法分选效果及评价 |
7.5 本章小结 |
8 结论与展望 |
8.1 结论 |
8.2 创新点 |
8.3 展望 |
参考文献 |
作者简历 |
学位论文数据集 |
(4)加压流化床密相区对流传热特性研究(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 富氧燃烧技术 |
1.1.3 加压富氧流化床燃烧技术 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 流化床气固流动特性 |
1.2.2 流化床对流传热特性 |
1.2.3 流化床密相区传热模型研究 |
1.2.4 现有研究的不足 |
1.3 本文研究目标、内容及方法 |
1.4 本章小结 |
第二章 加压流化床密相区传热实验装置 |
2.1 加压流化床密相区传热实验装置 |
2.1.1 流化床主体 |
2.1.2 可视化及摄像记录系统 |
2.1.3 传热埋管测量系统 |
2.2 实验物料及操作参数 |
2.3 本章小结 |
第三章 加压流化床密相区气固流动特性研究 |
3.1 图像处理原理介绍 |
3.2 气固流动特征参数测量及计算方法 |
3.2.1 临界流化风速 |
3.2.2 气泡频率 |
3.2.3 气泡相、颗粒相附壁停留时间分数、颗粒相平均附壁停留时间 |
3.3 结果与分析 |
3.3.1 压力对临界流化风速的影响规律 |
3.3.2 流化风速和压力对气泡频率的影响规律 |
3.3.3 流化风速和压力对气泡相附壁时间分数的影响规律 |
3.3.4 流化风速和压力对颗粒相附壁时间的影响规律 |
3.4 本章小结 |
第四章 加压流化床密相区对流传热特性研究 |
4.1 局部及平均对流换热系数测量 |
4.1.1 局部对流换热系数 |
4.1.2 平均对流换热系数 |
4.2 结果与分析 |
4.2.1 气泡频率对对流换热系数的影响规律 |
4.2.2 气泡相和颗粒相附壁时间分数对对流换热系数的影响规律 |
4.2.3 颗粒相附壁时间对对流换热系数的影响 |
4.2.4 流化风速、操作压力及颗粒粒径对平均对流换热系数的影响规律 |
4.2.5 流化风速、压力及颗粒粒径对局部对流换热系数的影响规律 |
4.3 平均对流换热系数计算 |
4.3.1 传热模型介绍 |
4.3.2 对流换热系数预测验证 |
4.4 本章小结 |
第五章 全文总结与建议 |
5.1 全文总结 |
5.2 进一步建议 |
参考文献 |
致谢 |
作者简介及攻读硕士期间的学术成果 |
(5)气固流化床CFD-PBM耦合模型的开发及其在大型高温费托反应器中的应用(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 煤的间接液化与高温费托合成 |
1.2 流化床反应器的特点及其开发难点 |
1.3 气固流化床研究发展与现状 |
1.3.1 实验研究 |
1.3.2 理论模型 |
1.3.3 数值模拟研究 |
1.3.4 非均匀曳力模型 |
1.3.5 气泡尺寸模型 |
1.4 本文研究内容 |
第2章 拟泡-乳三相曳力模型及CFD-PBM耦合模型的开发 |
2.1 前言 |
2.2 模型描述 |
2.3 群体平衡气泡模型 |
2.3.1 群体平衡方程 |
2.3.2 气泡合并模型 |
2.3.3 气泡合并模型的改进 |
2.3.4 气泡破碎模型 |
2.3.5 气泡破碎模型的改进 |
2.4 控制方程 |
2.5 颗粒动理学理论 |
2.6 相间作用力模型 |
2.7 湍流模型 |
2.8 本章小结 |
第3章 CFD-PBM模型在小型2D流化床中的模拟与验证 |
3.1 前言 |
3.2 模拟工况及边界条件 |
3.3 结果分析与讨论 |
3.3.1 网格无关性检验 |
3.3.2 气泡分组的影响 |
3.3.3 数据统计时间的影响 |
3.3.4 不同合并破碎模型的气泡尺寸分布 |
3.3.5 改进气泡合并破碎模型模拟结果 |
3.3.6 模型改进前后对气泡尺寸分布的影响 |
3.4 本章小结 |
第4章 基于细网格TFM-KTGF模拟结果对气泡合并破碎的研究 |
4.1 前言 |
4.2 气泡探测算法 |
4.2.1 数据采集和插值 |
4.2.2 气泡探测和编号 |
4.2.3 气泡特性计算 |
4.2.4 气泡标记与关联 |
4.3 气泡追踪算法的开发 |
4.4 模拟工况及边界条件 |
4.5 结果分析与讨论 |
4.5.1 气泡探测和跟踪的验证 |
4.5.2 气泡合并频率 |
4.5.3 气泡破碎频率 |
4.5.4 子代气泡尺寸分布 |
4.6 本章小结 |
第5章 CFD-PBM模型在小型3D流化床中的模拟与验证 |
5.1 前言 |
5.2 模拟工况及边界条件 |
5.3 工况1结果分析与讨论 |
5.3.1 气泡分组的影响 |
5.3.2 CFD-PBM模拟与TFM-KTGF模拟结果的对比 |
5.4 工况2结果分析与讨论 |
5.4.1 床层膨胀情况对比 |
5.4.2 径向时均气含率分布对比 |
5.4.3 轴向时均颗粒速度的对比 |
5.4.4 气泡尺寸的概率密度分布 |
5.5 本章小结 |
第6章 拟泡-乳三相曳力模型在大型高温费托反应器中的数值模拟研究 |
6.1 前言 |
6.2 模型描述与控制方程 |
6.2.1 控制方程 |
6.2.2 相间作用力模型 |
6.2.3 湍流模型 |
6.2.4 传质模型 |
6.2.5 反应动力学模型 |
6.3 模拟工况及边界条件 |
6.4 模拟结果分析与讨论 |
6.4.1 总体流化状态 |
6.4.2 床内时均相含率分布 |
6.4.3 床内气体组分浓度分布 |
6.5 本章小结 |
第7章 总结与展望 |
参考文献 |
致谢 |
博士在读期间发表论文 |
(6)流化床内基于神经网络方法的非球形颗粒两相流模拟研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
物理量名称及符号表 |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景和意义 |
1.2 典型流化床型 |
1.2.1 喷动床特点及应用 |
1.2.2 鼓泡流化床特点及应用 |
1.2.3 提升管特点及应用 |
1.3 流化床内气固两相流数值模拟 |
1.3.1 格子玻尔兹曼模型 |
1.3.2 离散单元模型 |
1.3.3 双流体模型 |
1.4 流化床气固流动非侵入实验技术 |
1.4.1 静电学方法 |
1.4.2 颗粒追踪方法 |
1.4.3 可视化方法 |
1.4.4 其他非侵入式测量方法 |
1.5 人工神经网络方法特点及应用 |
1.6 国内外文献综述简析 |
1.7 本文的主要研究内容 |
第2章 基于人工神经网络的非球形颗粒两相流模型 |
2.1 引言 |
2.2 气固两相流动模型 |
2.3 基于人工神经网络的非球形颗粒曳力系数预测 |
2.3.1 人工神经网络原理 |
2.3.2 基于人工神经网络的曳力系数预测方法 |
2.3.3 曳力系数曲线拟合 |
2.4 模型验证 |
2.4.1 初始及边界条件 |
2.4.2 床层压降 |
2.5 本章小结 |
第3章 喷动床内非球形颗粒两相流特性研究 |
3.1 引言 |
3.2 实验装置及原理 |
3.2.1 实验装置 |
3.2.2 实验原理 |
3.2.3 实验操作步骤 |
3.2.4 实验工况设置 |
3.3 数学模型 |
3.4 结果和讨论 |
3.4.1 模型验证 |
3.4.2 喷动气速的影响 |
3.4.3 初始床高的影响 |
3.4.4 壁面反射系数的影响 |
3.4.5 摩擦应力模型的影响 |
3.5 本章小结 |
第4章 鼓泡流化床内非球形颗粒两相流模拟研究 |
4.1 引言 |
4.2 数学模型 |
4.3 模型验证 |
4.3.1 颗粒速度分布 |
4.3.2 颗粒温度分布 |
4.3.3 各向同性分布 |
4.3.4 扁平因子分布 |
4.4 球形度对床内气固两相流动特性影响 |
4.4.1 球形度对曳力系数的影响 |
4.4.2 球形度对空隙率的影响 |
4.4.3 球形度对颗粒速度的影响 |
4.4.4 球形度对颗粒温度的影响 |
4.4.5 球形度对各向同性的影响 |
4.4.6 球形度对扁平因子的影响 |
4.5 本章小结 |
第5章 提升管内非球形颗粒两相流模拟研究 |
5.1 引言 |
5.2 数学模型 |
5.3 模型验证 |
5.4 结果与讨论 |
5.4.1 球形度的影响 |
5.4.2 颗粒密度的影响 |
5.4.3 颗粒尺寸的影响 |
5.5 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
附录A |
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
致谢 |
个人简历 |
(7)流化床中颗粒静电特性及对流动特性的影响机制(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
主要符号列表 |
第一章 绪论 |
1.1 课题研究背景 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 流化床颗粒静电特性实验研究 |
1.2.2 流化床静电特性数值模拟研究进展 |
1.2.3 现有研究的不足 |
1.3 本论文研究目标及研究内容 |
1.3.1 研究目标 |
1.3.2 研究内容 |
1.3.3 研究技术路线 |
1.4 本章小结 |
参考文献 |
第二章 二维流化床静电实验装置 |
2.1 引言 |
2.2 实验系统 |
2.3 实验材料 |
2.4 实验方法及步骤 |
2.4.1 荷电实验 |
2.4.2 气泡实验 |
2.5 数据处理方法 |
2.6 本章小结 |
参考文献 |
第三章 流化床内颗粒荷电特性及对流动特性影响的实验研究 |
3.1 引言 |
3.2 临界流化风速 |
3.3 二维流化床内颗粒荷电实验研究 |
3.3.1 流化床操作参数对流化床荷电的影响 |
3.3.2 颗粒物性参数对流化床颗粒荷电的影响 |
3.4 不同荷电特性下的流化床内气泡形态实验研究 |
3.5 本章小结 |
参考文献 |
第四章 基于欧拉-欧拉方法的流化床荷电颗粒流动特性研究 |
4.1 引言 |
4.2 TFM模型 |
4.2.1 TFM控制方程 |
4.2.2 静电模型 |
4.2.3 TFM与静电模型的耦合 |
4.2.4 静电方程的验证 |
4.3 欧拉-欧拉方法全尺寸数值模拟 |
4.3.1 流化床颗粒荷电状态下气泡特性研究 |
4.3.2 流化床荷电状态下气泡形变机制研究 |
4.4 本章小结 |
参考文献 |
第五章 基于欧拉-拉格朗日方法的流化床荷电颗粒流动特性研究 |
5.1 引言 |
5.2 CFD-DEM模型 |
5.2.1 颗粒控制方程 |
5.2.2 气相控制方程 |
5.2.3 静电力模型 |
5.2.4 静电力模型的验证 |
5.3 欧拉-拉格朗日方法微尺寸数值模拟 |
5.3.1 基于欧拉-拉格朗日方法的荷电流化床流动特性研究 |
5.4 欧拉-欧拉方法微尺寸数值模拟 |
5.4.1 基于欧拉-欧拉方法的荷电流化床流动特性研究 |
5.5 本章小结 |
参考文献 |
第六章 基于新型混合方法的荷电流化床气固流动特性研究 |
6.1 引言 |
6.2 模型描述 |
6.2.1 新型混合方法的提出 |
6.2.2 CFD-DEM模型 |
6.2.3 静电力模型 |
6.2.4 电场模型 |
6.2.5 CFD-DEM与电场模型的耦合 |
6.3 模拟条件 |
6.4 结果及讨论 |
6.4.1 模型的验证 |
6.4.2 静电力的大小和方向 |
6.4.3 电势分布 |
6.4.4 流化风流动迹线 |
6.5 本章小结 |
参考文献 |
第七章 结论与展望 |
7.1 全文总结 |
7.2 后续工作展望 |
致谢 |
作者简介 |
攻读博士学位期间的学术成果 |
(8)流化床内流动、混合与反应的多尺度模拟研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
术语表 |
第一章 绪论 |
1.0 流化床研究背景 |
1.1 流态化基本原理 |
1.2 稠密气固两相流数值模拟方法 |
1.3 流化床模拟研究现状 |
1.3.1 研究对象从简单到复杂 |
1.3.2 模拟与工程应用紧密结合 |
1.3.3 重视介尺度现象 |
1.3.4 重视气固混合 |
1.4 本文研究的主要内容 |
参考文献 |
第二章 稠密气固两相反应流模拟方法与模型 |
2.0 前言 |
2.1 数学模型 |
2.1.1 气相控制方程 |
2.1.2 固相控制方程 |
2.1.3 气固相间动量作用 |
2.1.4 颗粒碰撞模型 |
2.1.5 传热模型 |
2.1.6 多物理模型 |
2.1.7 插值方法 |
2.2 结论 |
参考文献 |
第三章 气固流化床多尺度模拟方法综述 |
3.0 前言 |
3.1 模拟方法评估 |
3.1.1 方法准确性 |
3.1.2 方法计算效率 |
3.2 模型与参数敏感性 |
3.2.1 曳力模型 |
3.2.2 碰撞模型与参数 |
3.2.3 多粒径流化床模拟方法评估 |
3.3 结论 |
参考文献 |
第四章 加压鼓泡流化床中埋管磨损机理研究 |
4.0 前言 |
4.1 研究方法 |
4.2 研究工况 |
4.3 模型验证 |
4.4 埋管对流化特性的影响 |
4.5 操作压力对时均气固流动的影响 |
4.6 颗粒床内循环特性 |
4.7 压力对颗粒拟温度的影响 |
4.8 埋管磨损分析 |
4.9 结论 |
参考文献 |
第五章 循环床提升管中颗粒团时间演化机理研究 |
5.0 前言 |
5.1 研究工况 |
5.2 模型验证 |
5.3 气固流动特征 |
5.4 颗粒团时间演化机理 |
5.5 表观气速的影响 |
5.6 结论 |
参考文献 |
第六章 喷动床内流动与传热过程中颗粒碰撞属性敏感性分析 |
6.0 前言 |
6.1 研究工况 |
6.2 模型验证 |
6.3 颗粒碰撞属性的影响 |
6.3.1 恢复系数影响 |
6.3.2 摩擦系数影响 |
6.3.3 滚动摩擦系数影响 |
6.4 壁面效应 |
6.5 颗粒碰撞属性对传热的影响 |
6.6 结论 |
参考文献 |
第七章 生物质快速热解反应器内缩粒模型与操作条件影响 |
7.0 前言 |
7.1 研究方法 |
7.2 研究工况 |
7.3 模型验证 |
7.4 反应器内整体气固特性 |
7.5 缩粒模型参数影响 |
7.6 表观气速的影响 |
7.7 刚度系数影响 |
7.8 结论 |
参考文献 |
第八章 欧拉-欧拉与欧拉-拉格朗日方法预测流化床内反应过程的比较研究 |
8.0 前言 |
8.1 研究工况 |
8.2 模型验证 |
8.3 反应器内整体气固特性 |
8.4 生物质颗粒运动 |
8.5 生物质颗粒传热 |
8.6 反应产物预测 |
8.7 结论 |
参考文献 |
第九章 基于粗粒化方法的鼓泡床气化反应模拟研究 |
9.0 前言 |
9.1 研究方法 |
9.2 研究工况 |
9.3 模型验证 |
9.4 反应器总体气固特性 |
9.5 操作参数对气化过程影响 |
9.5.1 化学反应空间分布 |
9.5.2 气体混合 |
9.5.3 固相混合 |
9.6 结论 |
参考文献 |
第十章 鼓泡床内煤燃烧过程二次风条件的影响 |
10.0 前言 |
10.1 研究方法 |
10.2 研究工况 |
10.3 模型验证 |
10.4 煤燃烧过程的时空特性分析 |
10.5 二次风条件的影响 |
10.6 结论 |
参考文献 |
第十一章 大型循环流化床反应器的MP-PIC模拟 |
11.0 前言 |
11.1 循环床煤气化过程 |
11.1.1 研究工况 |
11.1.2 模拟验证 |
11.1.3 粒径分布对模拟结果的影响 |
11.2 300MW循环流化床锅炉模拟 |
11.2.1 研究工况 |
11.2.2 反应模型 |
11.2.3 模型验证 |
11.2.4 气固流动特性 |
11.2.5 燃烧过程 |
11.2.6 给煤方式的影响 |
11.3 结论 |
参考文献 |
第十二章 全文总结与展望 |
12.0 全文总结 |
12.1 本文主要创新点 |
12.2 工作展望 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表论文及其他成果 |
一、SCI收录论文 |
二、EI收录论文 |
三、会议论文 |
四、在投/已完成SCI论文 |
五、作为主要参加者参加的国家级和省部级项目 |
六、获得奖项 |
(9)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 |
(10)内构件对化学链燃烧反应器气固流动特性影响的实验和模拟研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 全球变暖与CO_2 减排 |
1.2 化学链燃烧技术 |
1.2.1 化学链燃烧基本原理 |
1.2.2 化学链燃烧技术的发展 |
1.2.3 反应器的设计与优化 |
1.3 内构件的研究进展 |
1.4 化学链燃烧数值模拟的研究进展 |
1.5 本文研究目的及内容 |
第二章 内构件对燃料反应器气固流动特性影响研究 |
2.1 引言 |
2.2 CPFD数学模型 |
2.2.1 控制方程 |
2.2.2 相间相互作用力 |
2.3 模拟对象 |
2.3.1 冷态实验装置 |
2.3.2 数值模拟模型 |
2.3.3 内构件参数 |
2.4 结果与讨论 |
2.4.1 模型验证 |
2.4.2 内构件数量的影响 |
2.4.3 内构件开孔率的影响 |
2.4.4 内构件开孔类型的影响 |
2.5 本章小结 |
第三章 内构件对燃料反应器气泡特性影响研究 |
3.1 引言 |
3.2 数据处理 |
3.2.1 气泡图像处理 |
3.2.2 气泡特性参数 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 内构件数量的影响 |
3.3.2 内构件开孔率的影响 |
3.3.3 内构件开孔类型的影响 |
3.4 本章小结 |
第四章 基于内构件燃料反应器的化学链燃烧特性实验研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验 |
4.2.1 实验材料 |
4.2.2 实验装置 |
4.2.3 数据处理 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 床层压降分布 |
4.3.2 气体燃料化学链燃烧特性 |
4.3.3 生物质燃料化学链燃烧特性 |
4.4 本章小结 |
第五章 全文总结及展望 |
5.1 全文总结 |
5.1.1 内构件对燃料反应器气固流动特性影响研究 |
5.1.2 内构件对燃料反应器气泡特性影响研究 |
5.1.3 基于内构件燃料反应器的化学链燃烧特性实验研究 |
5.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间的学术成果 |
四、鼓泡流化床中气泡特性的图像处理方法研究(论文参考文献)
- [1]废树脂裂解流化床中多组分颗粒的分散与混合[D]. 杨勇. 浙江大学, 2021(01)
- [2]喷动流化床内B类颗粒流动规律与团聚特性研究[D]. 付爽. 江南大学, 2021
- [3]基于多信号耦合分析的振动分选流化床中气泡动态行为特性研究[D]. 张亚东. 中国矿业大学, 2020
- [4]加压流化床密相区对流传热特性研究[D]. 朱晋永. 东南大学, 2020(01)
- [5]气固流化床CFD-PBM耦合模型的开发及其在大型高温费托反应器中的应用[D]. 王腾. 华东理工大学, 2019
- [6]流化床内基于神经网络方法的非球形颗粒两相流模拟研究[D]. 闫盛楠. 哈尔滨工业大学, 2019(01)
- [7]流化床中颗粒静电特性及对流动特性的影响机制[D]. 谭震. 东南大学, 2020(01)
- [8]流化床内流动、混合与反应的多尺度模拟研究[D]. 胡陈枢. 浙江大学, 2019(03)
- [9]加压流化床气固流动特性研究[D]. 宋加龙. 东南大学, 2019(05)
- [10]内构件对化学链燃烧反应器气固流动特性影响的实验和模拟研究[D]. 邹媛媛. 东南大学, 2019(06)