20120914哈尔滨工业大学计算颗粒流体力学及两相流技术研讨会新闻
液固外循环流化床内喷嘴对流场影响的数值模拟
液固外循环流化床内喷嘴对流场影响的数值模拟刘燕;陈赫宇;周千淅;张少峰;王智【摘要】喷嘴是影响液固外循环流化床内颗粒循环的关键部件.应用STAR CCM+软件,基于Realizable κ-ε湍流模型和壁面函数法,采用SIMPLE算法对压力和速度场进行耦合求解,讨论了喷嘴位置与口径比对速度、压力、湍动能以及涡强分布规律的影响.结果表明,喷嘴口径比是影响压力、射流中心速度、阻力大小的关键因素,当喷嘴口径比为0.375时,压降最小,且阻力较小,利于流体循环.流体经喷嘴喷出后,因射流区速度梯度较大而产生剪切力,形成涡旋,当喷嘴安装位置为0 mm时,涡旋达到最大,卷吸力最强.【期刊名称】《河北工业大学学报》【年(卷),期】2016(045)001【总页数】6页(P68-73)【关键词】STAR CCM+;外循环流化床;喷嘴;口径比;数值模拟【作者】刘燕;陈赫宇;周千淅;张少峰;王智【作者单位】河北工业大学海洋科学与工程学院,天津300130;河北工业大学化工学院,天津300130;天津大学化工学院,天津300072;河北工业大学海洋科学与工程学院,天津300130;河北工业大学化工学院,天津300130【正文语种】中文【中图分类】TQ051.1流化床技术已广泛应用于化工、机械、原子能源、材料制备、冶炼金属、环保工业、污水处理等诸多领域[1-4]，而循环流化床换热器在化工行业中的应用尤为突出．在传热的过程中，换热设备接触表面一般都会引起不同程度的结垢现象，其中对涉及蒸发工艺的加热过程影响较为严重，例如制盐、制糖、造纸等工业过程，壁面结垢后会大幅度消减传热效果，明显增加能耗，导致质量以及产量下降，有时甚至导致设备无法正常运转．张利斌等[5]通过在蒸发管内安装几组可做往复运动的弹簧用来除垢，但在换热器中主要是运用加入固体颗粒的方式来除垢，颗粒随着液体的运动而运动，运动过程中颗粒与换热器管壁发生碰撞，从而使管壁上堆积黏附的污垢松动后随着流体一起排出管箱，可以看出颗粒的流动状态以及颗粒的分布就显得尤为重要，颗粒能否正常循环，压降等是重要的影响因素．由于设备运行时换热管箱的阻力过大，导致压降较大，动力不足，严重影响了设备的正常运行，所以在三通管处加入喷嘴，喷嘴的安装位置以及口径比对流场都会有影响，合理的安装位置以及口径比，可使喷嘴本身造成的压降较小，同时喷嘴对下降段水流的卷吸力最大，王利文等[6]在超音速粉碎喷嘴模拟中得到了喷嘴出口速度以及压力的曲线变化图，探究了喷嘴入口直径对其的影响，林正刚等[7]对同轴双剪切喷嘴进行模拟，对同轴双剪切喷嘴进行设计改进，探究对其燃烧率的影响，孙艳琦等[8]采用文丘里管路结构，起到喷嘴作用，对其结构进行改进．但是在液固外循环流化床中，对设备中加入喷嘴的研究很少．为了进一步了解设备内流场分布，本文研究在循环流化床内加入喷嘴后，对流场的影响进行模拟研究．河北工业大学多相流课题组对液固外循环流化床中喷嘴对床内颗粒循环特性的影响进行了实验研究[9]，实验装置如图1所示．其工作原理为：水泵2从储水槽1中吸水，水流经转子流量计3后，在喷嘴4处与颗粒收集筒11中下降的刚玉球颗粒混合，流入换热器换热管8下管箱5，经换热器换热管，从换热器上管箱中流入旋流分离器10内进行液固分离，刚玉球颗粒由旋流器底循环下降段进入颗粒收集筒11，水由旋流器溢流管排出进入储水槽1，实现水的再循环使用．喷嘴是整个工作系统的关键部件，喷嘴对下降管段的卷吸力与喷嘴前后的压降变化，是考察喷嘴最佳结构以及最佳安装位置的重要参考指标．图中d为管道直径，D为喷嘴出口直径，L为喷嘴安装距离．文献 [10]的实验结果表明，喷嘴出口压力变化对喷嘴吸入刚玉球的能力有重要影响，由于实验手段的限制，实验数据的精确度不高．实验中采取的测压方式，如图2所示，喷嘴出口压力采用探测管测量，喷嘴出口共布置6个测压孔，通过插入探测管测量压力，由于管道直径小，探测管本身对管道内流场影响极大，因此所测实验数据变化趋势正确，数据的精确性差．为弥补实验的不足，本文采取数值模拟的方式模拟喷嘴处流场变化规律．喷嘴计算区域几何模型如图3所示，喷嘴全长185 mm．运用多面体网格包裹几何模型以及棱柱层网格处理边界层的方法，使其形成离散化网格，喷嘴处局部体网格如图4所示，体网格数目为21 238 990．喷嘴口径比为D/d，喷嘴的安装距离定为L，把下降段左侧边缘作为安装0点， 20、 10、0、10点的位置见图4，往X轴正方向为正，反之为负方向．3.1 控制方程流体运动的控制方程为[11]：其中：t为时间；ui，xi为速度分量以及坐标分量；为密度以及分子黏性系数；为修正压力；为紊流黏性系数．其中：经验常数C=0.09；湍动能和湍流耗散率对应的Prandtl数方程常数C1=是由于平均速度梯度引起的湍动能的产生项．3.2 边界条件边界条件设置见表1，因旋流器溢流水直接进入储水槽，所以溢流管出口给定压力边界条件，水平管进口及旋流器切向进口根据实验数据设定；对于水平管出口，假定管足够长，喷嘴对其流场影响可忽略，因此水平管出口也设定为压力边界条件，流体介质为纯水，密度为997.561 kg/m3，重力加速度为9.81m/s2，方向向下．3.3 模拟算法本文应用STARCCM+进行模拟，基于有限体积法对求解区域进行离散，速度和压力的耦合采用Simple算法对场内压力和速度进行耦合求解，动量方程采用一阶迎风差分格式进行离散，湍流模型采用标准Realizable湍流模型以及壁面函数法．本文考虑3个口径比D/d=0.35、0.375、0.4，4个喷嘴安装位置L=0mm、10mm、 10mm、 20 mm．着重分析不同几何设置下压力、速度、湍动能以及涡量等物理量的变化规律．从喷嘴断面沿喷嘴中心坐标轴线，均匀布置了15个监测点，如图5所示．4.1 喷嘴安装位置对流场的影响喷嘴的不同安装位置对速度、湍动能、涡量、压降都有影响，但出于简化考虑，本文暂不涉及对压降的分析．4.1.1 喷嘴安装位置对速度的影响喷嘴直径为15mm，口径比0.375．喷嘴安装位置为0mm、10mm、 10mm、20mm时．安装距离与各点速度变化关系曲线如图6所示，因为喷嘴射流发生在中心轴处，沿轴向速度变化较大，故沿在中心线设置监测点．图6正坐标为水平管的来流方向，负坐标为水平管的出流方向，喷嘴出口处为0坐标点．由图可知，在水流进入喷嘴锥段后开始逐渐加速，在喷嘴喷出口处速度达到最大值，水流喷出后速度逐渐变小，趋近于来流速度，当安装位置为 20mm的时候，流速度变小的趋势最慢，当距喷嘴出口250mm处，4个安装位置的点速度基本一致，由于管道较细，管道边界摩擦阻力较大，需要较多的能量来克服粘滞阻力，因此速度急剧下降，也就是说喷嘴的影响范围在逐渐消失，以最大速度15.13m/s作为基准，从图6中可以看出，流速在喷嘴后10 mm内的变化规律极为明显，所以取距离为 100mm的4个安装位置的速度值，观察总的速度变化率，用 100 mm位置的速度值与最大速度作比较，当喷嘴安装位置为 20 mm时V20/Vmax=0.75，当喷嘴安装位置为 10mm时，V20/Vmax=0.64，相差11%．理论上讲，速度变化值越缓慢越好，代表喷嘴的喷射影响距离越远．4.1.2 喷嘴安装位置对湍动能的影响图7为不同安装位置下湍动能的变化曲线图，可以看出水流由喷嘴进口至出口，湍动能变化缓慢，从喷嘴喷出以后湍动能逐渐加大，在大约150mm处湍动能达到了最大，随后又逐渐减小．因为水流刚由喷嘴喷出，喷嘴中心射流速度比较稳定，但随流动距离延长，受边壁阻力以及喷嘴影响范围的制约，中心射流速度开始变得不稳定，形成了湍流剪切力，湍动能迅速增到最大，随后迅速下降，由于来流动能的消耗，动力不足，中心射流区逐渐消失，最终变为在管路内的层流流动，湍动能将下降到一个稳定的平衡值，以很小的波动上下浮动．由图看出当安装位置为0mm与10mm时，湍动能在水流离开喷嘴处最先变化，这是因为下降段的来流速度对湍动能有不同程度的干扰，其中喷嘴安装位置为0mm与10mm时干扰较强，在大约130mm处，喷嘴安装位置为0mm与10mm处湍动能远比其它两个安装位置要高，说明喷嘴的安装位置对下降管段的来流速度有影响，来流速度越大，对水平管水流的剪切力越大，湍动能变化也就越大，湍动能的加大，更有利于水流的正常循环，也有利于打散水流中的颗粒，能达到喷嘴前方管壁防除垢的效果，以免存留污垢阻碍喷嘴前射流速度．4.1.3 喷嘴安装位置对涡量的影响图8为同一口径比，不同安装位置下，水流由喷嘴刚喷出那一刻起，由于负压的逐渐增大，在喷嘴出口上下两侧贴近管壁处形成了涡旋的云图．由图可知，中心射流速度较大，在周围流场形成一个极强的切应力，沿管壁出现速度梯度，产生漩涡，由中心射流区作为中心线将上下两个涡旋分开．从图中可以看出当喷嘴安装位置为0 mm与10 mm时，涡旋的影响距离稍微短一些，相对来说安装位置为10 mm 时，上涡旋要比下涡旋大，说明喷嘴对下降段的卷吸力较强，安装位置为0 mm 时，旋涡影响距离比喷嘴安装位置10 mm时长，而且射流中心区较长，利于循环．当喷嘴安装位置为 10mm与 20mm时，涡旋的影响距离差距较小，当喷嘴安装位置为 20 mm时，上下涡旋看起来并不对称，由于中心射流区速度较大，导致下涡旋主要流量来自于水平管来流，上涡旋流量更多来自于喷嘴前产生负压形成涡旋对下降管段水流的卷吸作用，从云图中可看出安装位置为 20 mm时，上涡旋明显影响范围更大，涡强较大，这说明喷嘴对下降段的卷吸力更强一些，但是中心射流区较短，且射流区向外扩散．4.2 口径比对流场的影响喷嘴的不同口径比，对压降和涡量的影响较大，而对速度、湍动能的影响较小，因此主要考虑压降和涡量的影响．4.2.1 喷嘴口径比对压降的影响图9为喷嘴安装位置在10 mm处，口径比分别为0.35、0.375、0.4时压降变化曲线，由图10可看到，口径比为0.35时，水流刚进入喷嘴收缩段后，压力明显最大，而口径比为0.4时，压力明显最小，这是因为口径比越小，喷嘴本身所造成的阻力就越大，水流沿管道经过喷嘴喷出，负压逐渐增大，同时又可看出口径比越小产生的负压值越大，同时喷嘴前后的压力降也就增大了，不难看出当口径比为0.375，喷嘴出口直接为15 mm时，喷嘴阻力较小，而且压降变化值逐渐减小，更有利于水流的循环．4.2.2 喷嘴口径比对涡量的影响图10为喷嘴安装位置在10mm处不同口径比下的涡量云图，可以看到，坐标轴上限设定为2 000/s，口径比为0.35时，喷嘴出口处有一块空白，空白区域比2 000/s大，涡量更强一些，在口径比0.4时涡量最小，观察涡形看出，口径比为0.375时，涡形较为均匀，上下对称，且涡量适中．通过对液固外循环流化床下降管段的模拟分析，得出结论如下：1）喷嘴出口与管道直径的口径比是喷嘴高速射流距离的关键因素，综合考虑压降、涡量、速度来看，当喷嘴口径比为0.375时，口径比的射流速度最佳，压降最小，阻力较小，涡量适中，更有利于流体循环．2）水流经喷嘴射出后形成涡旋，涡旋对下降管段产生卷吸力，喷嘴的安装位置是影响卷吸力大小的重要因素．当喷嘴安装位置为0mm位置处时循环效果最佳，速度变化率较为适中，涡量能产生较大程度的卷吸力，对下降段流体的循环很有利．【相关文献】[1]贾丽云，李修伦，刘姝红，等．液固循环流化床两相流动模型[J]．化工学报，2000，51（4）：531-534．[2]姜峰，贾丽云，刘明言，等．液固循环流化床换热器中固体颗粒分布 [J]．化学工程，2004，32（1）：17-22．[3]刘燕，王琦，赵斌，等．液固循环流化床换热器中颗粒分布板分布性能的实验研究 [J]．河北工业大学学报，2006，35（6）：18-24．[4]Pronk P，Infante FerreiraCA，W itkamp G J．Prevention of fouling and scaling in stationary and circulating liquid-solid fluidized bed heatexchangers: Particle impactmeasurementsand analysis[J]．International Journal of Heatand Mass Transfer，2009，52（15）：3857-3868．[5]张利斌，张金钟，李修伦．多想流流化床换热器研究进展 [J]．现代化工，2001，21（2）：17-19．[6]王利文，潘家祯，王子刚，等．超音速气流粉碎喷嘴数值模拟 [J]．力学与实践，2009，31（2）：12-17．[7]林正刚，高玉闪，李茂，等．同轴双剪切气-气喷嘴数值模拟 [J]．航空动力学报．2010，24（4）：4-6．[8]孙艳琦，牛文全．文丘里管结构参数对其水利性能的影响 [J]．西北农林科技大学学报[J]．2010，38（2）：8-11．[9]张少峰，沈志远，魏建明．喷嘴对液固外循环流化床内颗粒循环特性的影响 [J]．火炸药学报，2009，32（1）：83-86．[10]张少峰，魏建明，刘燕．喷嘴对液固外循环流化床内含固体积分数的影响 [J]．化学工程，2008，36（5）：20-24．[11]王福军．计算流体动力学分析-CFD软件原理与应用 [M]．北京：清华大学出版社，2004．[12]徐继润，罗茜．水力旋流器流场理论分析 [M]．北京：科学出版社，1998．。
2012年中国工程热物理学会传热传质分会年会口头报告清单
华南理工大学 华中科技能源与动力工程学院 大连理工大学化学工程研究所 中国科学院工程热物理研究所 中国科学院工程热物理研究所 大连理工大学化学工程研究所 华北电力大学 南京航空航天大学能源与动力学院 西安交通大学 清华大学热能工程系 西安交通大学 中国科学院理化技术研究所 清华大学热能工程系 清华大学热能系 山东大学热科学与工程研究中心 武汉大学动力与机械学院 宁波大学 西安交通大学
2012年中国工程热物理学会传热传质分会年会口头报告清单共229投稿编号作者标题工作单位123001推进剂组分对电弧加热推力器性能的影响中国科学院力学研究所123012于伟周晓锋谢华清陈立飞高导热含石墨烯纳米片聚甲基丙烯酸甲酯复合材料上海第二工业大学城市建设与环境工程学院123019液滴撞击固体斜面的三维vof模拟大连理工大学123022液化气体储罐受热的应力分析及失效预测大连理工大学123076高明章立新郑平全晓军沸腾汽泡微液层变化规律的实验研究上海交通大学机械与动力工程学院123200适用于金属材料的热质两步模型及普适导热定律清华大学航天航空学院123214王小见张立志裴丽霞填料分布状态对复合材料热导率的影响华南理工大学化学与化工学院123217池俊辉张立志裴丽霞分形理论在ainpfa导热材料中的应用华南理工大学123222适用于寻源导热反问题的改进蚁群系统上海理工大学能源与动力工程学院123277脉冲激励下红外无损检测的数值模拟及其可视化湖北武汉市海军工程大学船舶与动力学院405教研室123336炉子内壁不规则几何形状的模糊反演重庆大学123350利用二维导热反问题预测钢坯温度分布重庆大学含有热界面材料的界面热阻模型华中科技大学能源与动力工程学院123414王建立张春伟赵伟伟周欣欣高雪松杨决宽陈云飞倪中华溅射参数对aisi界面热导的影响东南大学123522测热试验中瞬态热流的反演研究中国空气动力研究与发展中心123564半金属尼龙1010复合材料摩擦热效应试验研究中国矿业大学电力工程学院123570粒子群算法用于预测喷雾冷却热流密度西安交通大学能源与动力工程学院热流科学与工程教育部重点实验室123668复合环氧树脂的碳纳米管阵列柔性热界面材料制备与性能研究南京理工大学能源与动力工程学院投稿编号作者标题工作单位123005李元阳刘振华二维滞止区高速喷流沸腾临界热流密度的实验研究上海交通大学机械与动力工程学院123061刘伟质子交换膜燃料电池堆散热特性研究湖南理工学院物理系123082基于火积耗散原理的表面传热系数定义辨析及恒壁温平行通道内的检验山东大学能源与动力工程学院123085基于火积耗散极值原理的管外流场优化山东大学能源与动力工程学院123123波纹翅片开设涡发生器强化传热数值模拟河北工业大学123130沥青路面加热过程均温性的数值模拟哈尔滨工业大学123141沈向阳陆建峰丁静杨建平熔盐在螺旋槽管和横纹
哈工程两相流第1章解读
课程重点
熟练掌握两相流基本参数的定义，表达式及计算方法。 掌握绝热与非绝热垂直与水平管内各种流型的基本特征， 能用流型图判别流型，了解流型过渡的判别条件。 对截面含气率的三类计算方法有明确的认识，掌握用漂 移流模型计算截面含气率的方法，了解欠热沸腾区截面 含气率的计算过程。 掌握用均相流模型及分相流模型计算直管内的摩擦压降、 重位压降及加速度压降的方法。了解影响摩擦压降的主 要因素。 能计算热平衡条件下受热及不受热流道的两相总压降。 能分别用三个模型计算长孔道内临界质量流速，掌握短 孔道内临界流的特征及临界质量流速的计算。
V V V J Jg J f A A A
式中，Jg为气相折算速度，表示两相介质中气相单独流 过同一通道时的速度,m/s.
Jf为液相折算速度，表示两相介质中液相单独流
V V Jg W A A
Байду номын сангаас
W
Jg
过同一通道时的速度,m/s.
V V J f 1 W 1 A A
W
1
Jf
讨论
当气液两相无相对运动时
S 1, W W W J W
当气液两相存在相对运动，且 W W ，则
W J W
3.漂移速度和漂移通量 漂移速度：各相真实速度与两相混合平均速度J的差值。 气相漂移速度： Wgm W J 液相漂移速度： Wfm W J 漂移通量：各相相对于两相混合平均速度J运动的截面 所流过的体积通量。 气相漂移通量：
G M A
每一相的质量流速与总质量流速的关系
M M G G G (1 x )G xG A A
气液两相流流型研究进展答辩
1956年，Sobocinski在水平透明管中研究了油气水三相流，发现在低流量下三相分层流动，而在高流量狭隘出现了分散流动，因而提出了划分三相流型的观点。
1970年，schlichting利用现场管线研究油气水三相流，修正了Lockhart & Martinelli计算方法。
1972年，Bocharov等发表了油、水、天然气三相流动的现场试验结果，指出油水乳状液反相时，管线压降达到最大值。
1974年，Guzhouv等将油气水三相流现场实验结果与两相流加以比较后指出：把稳定油水乳状液的性质用于三相混合物的液相是不合适的。
1991年，德国汉诺威大学的Stapelberg等学者采用对比法，对流型进行了研究。
1992年，美国Rensslaer工业研究院的Acikgoz等学者发表了油气水三相流型的研究成果。
1993-1996年，美国Ohio大学的Jepson、Lee等学者发表了油气水三相流的研究结果，包括流型、压降、分层流的液膜厚度和段塞流频率等研究内容。
1995年,著名学者Taitel、Bernea和Brill等将气液两相流的Taitel-Dukler(1976)流型划分法推广到油气水的三相流动,得到了判别分层流向其他流型转变的方法,并发现在较低气体流速下与试验吻合较好。
同时指出在给定的气体流量下,分层流向其他流型转变时与液面高度直接相关,所以当黏度较高的油品在液相中的流量比增加时,液面高度会上升,分层流将在较低液体流量下发生转变,其区域缩小。
因此，油水流量比对流型的变化有重要影响。
1997年,Hewitt等在高压多相流设备上进行了三相流实验,研究了流型、压降和相分率。
Acikgoz流型划分:实验在恒温（26±0.5℃）下进行，管径为19mm，管长为5.78m，其中流动发展段为2.93m，试验段为1.83m。
选择类似北海原油的矿物油做油相，25℃时其粘度为116.4mPa·s，密度为864kg/m3 。
水平管内汽液两相流流型及换热特性数值模拟
Ａｂｓｔｒａｃｔ ： Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｐａｔｔｅｒｎ ｉｎ ａ ｐｈａｓｅ⁃ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｖａｐｏｒ⁃ｌｉｑｕｉｄ ｔｗｏ⁃ｐｈａｓｅ ｆｌｏｗ ｉｎ ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ ｍｏｄｅｌ （ ＲＳＭ） ｗａｓ ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ． Ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｃｏｎｖｅｃｔｉｖｅ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ， ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｒｏｐ ａｎｄ
➝
两相流模型选用 ＶＯＦ 模型，其控制方程为容 积比率方程： ∂α ｑ ／ ∂ｔ ＋ ｖ ·∇α ｑ ＝ Ｓ αｑ ／ ρ ｑ ．
➝
∂ρ ／ ∂ｔ ＋ ∇·（ ρ ｖ ） ＝ ０ ．
度扩散项，Ｄ Ｌ，ｉｊ 为湍流动能分子扩散项，Ｐ ｉｊ 为湍流 动能应力生成项，Ｇ ｉｊ 为湍流动能浮力生成项，Φ ｉｊ 自定义项． 为湍流动能压力应变项，ε ｉｊ 为湍流动能耗散项， Ｆ ｉｊ 为湍流动能旋转生成项，Ｓ ｕｓｅｒ 为湍流动能用户 ２������ ３ 数值求解
层状流 （气液两相连续） 波状流 （气液两相连续） 环状流 （气液两相连续） 弹状流 （液相连续， 气相间断） 塞状流 （液相连续， 气相间断） 气泡流 （液相连续， 气相弥散） 雾状流 （气相连续， 液相弥散） 连续连续 流态
近年来，有学者提出了从多相流中流动介质的
７） 雾状流． 在环状流的基础上， 当气流速度
［１５］
ＩｓｓａＩ ［１６］ 等分别采用朗格朗日方法和欧拉法两流 体模型对水平管内的段塞气液两相流的形成和发 展进行了数值模拟研究． 结果表明： 段塞流是在 分层 流 的 基 础 上 液 体 向 上 波 动 形 成 的． Ｄｅ Ｓｃｈｅｐｐｅｒ ［１７］ 等采用 ＶＯＦ 模型及标准 ｋ － ε 湍流模 型对水平换热管中烃的蒸发裂化过程进行了数值 模拟，得到了分层流和环状流． 张金红 ［１８］ 和宫莎 莎 ［１９］ 等则分别对水平管内气液两相流流型进行 了实验和数值模拟研究， 结果表明： 水平管内流 型与 Ｍａｎｄｈａｎｅ 流型图吻合较好． 但是到 目 前 为 止，数值模拟对水平管内汽液两相流压降、换热和 流型同时进行研究的报道相对较少， 尚未建立起 较为完善的带换热过程的水平管内汽液两相流流 型及流动与换热特性的数值模拟方法．
液固流化床中颗粒流动特性的数值模拟
液固流化床中颗粒流动特性的数值模拟
刘国栋;沈志恒;王帅;王家兴;陆慧林
【期刊名称】《哈尔滨工业大学学报》
【年(卷),期】2010(042)007
【摘要】应用欧拉-欧拉双流体模型,液相采用k-ε湍流模型,同时考虑液固两相间耦合作用,数值模拟液固流化床内液固两相流动,研究了液体密度和粘度对液固流化床内流动特性的影响.研究结果表明,液固流化床内液体、颗粒混合比较均匀,呈现散式流态化特性.颗粒轴向速度随着液体密度和粘度的增大而增大,并且在床内分布趋势相同.数值模拟得到床层膨胀高度的结果与Babu等人公式计算值相吻合.
【总页数】4页(P1108-1111)
【作者】刘国栋;沈志恒;王帅;王家兴;陆慧林
【作者单位】哈尔滨工业大学,能源科学与工程学院,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,能源科学与工程学院,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,能源科学与工程学院,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,能源科学与工程学院,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,能源科学与工程学院,哈尔滨,150001
【正文语种】中文
【中图分类】TK222
【相关文献】
1.基于DEM模拟液固流化床粒度级配对颗粒流动特性的影响 [J], 丁冬峰;程可;陆晓峰;朱晓磊;朱凌雪
2.液-固流化床中液速分布与颗粒循环流动 [J], 郝晓刚;张忠林;郭金霞;孙彦平
3.高密度液固循环流化床流动特性研究及数值模拟 [J], 聂向锋;卢春喜;蓝兴英
4.液固流化床内双组分颗粒流动数值模拟 [J], 贾雨彬;王树青;朱玉颖
5.倒置液固流化床内液固两相流动特性的数值模拟 [J], 沈志恒;刘文铁;金记英;陆慧林
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哈工大多相流体力学讲义
三、本课程的其他教学环节 无。
四、考核方式 成绩为百分制。考试内容基本覆盖全部授课内容。
第一章 绪 论
1.1 两相与多相的定义与分类
两相流就是指必须同时考虑物质两相共存且具有明显相界面的 混合物流动力学关系得特殊流动问题。
在不同的学科中，根据研究对象的不同特点，对相各有特定的说 明。比如物理学中，单相物质的流动称为单相流，两种混合均匀的气 体或液体的流动也属于单相流。同时存在两种及两种以上相态的物质 混合体的流动就是两相或多相流。在多相流动力学中，所谓的相不仅 按物质的状态，而且按化学组成、尺寸和形状等来区分，即不同的化 学组成、不同尺寸和不同形状的物质都可能归属不同的相。在两相流 研究中，把物质分为连续介质和离散介质。因为颗粒相可以是不同物 态、不同化学组成，不同尺寸或不同形状的颗粒，这样定义的两相流 不仅包含了多相流动力学中所研究的流动，而且把复杂的流动概括为 两相流动，使问题得到简化。此外还有动力学意义上的相及物理上的 相。
4
气力输送的流型 4 、稀相输送时颗粒群在直管中运动微分方程
6. 4 气力、水力输送能量损失估算
6.5 固体颗粒在流体中的沉降分离与旋流分离
第七章 两相流动的测量技术与实践
7.1 汽液两相流的测量
4
7.2 气固两相流的测量
7.3 多相流测量实践
4 针对课堂讲授内容的总结，问题讨论、教学效果探讨及答疑备考
气体和固体颗粒混合在一起共同流动称为气固两相流。 严格的说，固体颗粒没有流动性，不能作流体处理。但当流体中 存在大量固体小粒子流时，如果流体的流动速度足够大，这些固体粒 子的特性与普通流体相类似，即可以认为这些固体颗粒为拟流体，在 适当的条件下当作流体流动来处理。引入拟流体假设后，气固两相流 动就如同两种流体混合物的流动，可以用流体力学、热力学的方法来 处理问题，使两相流的研究大为简化。又由于其假定的前提，使用拟 流体假设时要特别注意适用条件。处理颗粒相运动时，某些方面把其 看作流体一样，但另一些方面则必须考虑颗粒相本身的特点。 3. 液固两相流 液体和固体颗粒混合在一起共同流动称为液固两相流。如工程大 量使用的水力输送等。 4. 液液两相流 两种互不相溶的液体混合在一起的流动称为液液两相流。油田开 采与地面集输、分离、排污中的油水两相流，化工过程中的乳浊液流 动、物质提纯和萃取过程中大量的液液混合物流动均是液液两相流的 工程实例。 5. 气液液、气液固和液液固多相流
哈尔滨工业大学精品课程流体力学-精选
第三章 流体动力学
§3-1 描述流体运动的两种方法 §3-2 流体运动中的一些基本概念 §3-3 连 续 方 程 式 §3-4 理想流体的运动微分方程 §3-5 伯 努 利 方 程 及 其 应 用 §3-6 动 量 方 程 及 其 应 用
第四章 相似和量纲分析
§4 – 1 相 似 原 理
§4 -2 定 理 和 量 纲 分 析 的 应 用
则 = 常数
或:
0
t x y z
三、液体的粘性
1、粘性的概念及牛顿内摩擦定律
y
流体分子间的内聚力
流体分子与固体壁面
间的附着力。
dy
内摩擦力 —— 相邻
y
流层间，平行于流层
v。
v0
F
v+dv
v
表面的相互作用力。
x
定义：流体在运动时，其内部相邻流层间要产
6
6
则：Fmx6dxdy dfx z
Fmy6d xd y dfy z
质量力在三个坐 标方向上的投影
Fmz6dxdydfzz
<3> x 方向上的力平衡方程式（Fx= 0）
^ px1/2dydz pn ·ABC·cos(n, x) + 1/6dxdydz fx
=0
证明：在平衡流体中取出一微小四面体ABOC， 考察其在外力作用下的平衡条件。
<1>表面力
1
Fx
px
dydz 2
Fy
py
1dxdz 2
Fz
pz
1dxdy 2
Fn pnABC
各个面上的静压力
ABC — 斜面面积
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哈尔滨工业大学计算颗粒流体力学及两相流技术研讨会成功举办
北京海基科技于2012年9月14日在哈尔滨工业大学能源科学工程学院举办了“计算颗粒流体力学及两相流技术研讨会”。
本次研讨会上，海基科技的技术工程师与参会的哈尔滨工业大学的师生共同探讨专业的计算颗粒流体力学软件Barracuda和离散元模拟软件EDEM的创新性技术特色和工程应用实例。
本次会议吸引了哈尔滨工业大学能源科学学院、机电工程学院、土木工程学院、市政环境学院、东北农业大学、东北大学以及黑龙江工程学院的师生参与，会上讨论热烈。
以下是本次会议的图片信息
EDEM简介
EDEM是世界上第一款基于离散元技术的通用CAE软件，通过模拟散状物料加工处理过程中颗粒体系的行为特征，协助设计人员对各类散料处理设备进行设计、测试和优化，其基于1971年Cundall提出的专门处理非连续介质问题的离散元方法（Discrete Element Method，简称DEM）。
利用其独特的功能，用户可以以一种更加恰当的方式对颗粒生产、加工过程进行研究，从而获得对散料处理过程崭新的认识。
EDEM被广泛应用于工程机械、矿山机械、农业机械、制药、石油化工、冶金工业、能源工业等所有涉及颗粒的设备和工艺的优化设计。
目前，国内已有近80家用户在使用EDEM辅助科研和产品设计工作。
Barracuda简介
Barracuda是由美国CPFD Software, LLC采用自己开发的CPFD专利技术，专业模拟工业级尺度的流体-颗粒系统动力学及化学反应的商用软件包。
Barracuda软件与化工、石化、能源、冶金等工业领域对流态化研究需求完全匹配，确立了它在这些领域流化装置模拟中的领导地位。
众多政府研究机构和世界财富500强企业选用它来做流化设备设计和工艺过程优化。
典型用户包括：阿尔斯通、埃克森美孚、陶氏化学、道康宁公司、美国能源部国家能源技术实验室、利安德巴塞尔工业公司、石川岛播磨重工业株式会社、新奥集团、中科院过程所、上海GE煤炭多联产技术研究室、清华大学化工系、中国科学院工程热物理所、中冶赛迪、神华集团NICE等。