一、气固两相流动数值模拟及其非线性动力学分析(论文文献综述)
贾继斌[1](2021)在《粗细颗粒流化床内流动结构与动力学研究》文中研究说明流化床作为—种高效的气固反应装置,广泛应用于矿产资源固相加工过程,如软锰矿焙烧、氢氧化铝煅烧、富态料氯化、铁矿直接/熔融还原等。气固流化床中往往存在颗粒聚团或气泡等介尺度非均匀结构,且实际应用中颗粒通常具有多分散性(涉及不同颗粒尺寸或密度),这使得介尺度非均匀结构的形成机制更加复杂。传统的双流体模型(TFM)耦合均匀的颗粒群曳力本构关系,忽视了网格内的介尺度非均匀结构,无法准确预测流化床中的流动特征和反应、传递行为。为了提高流化床数值模拟的准确性,需要建立考虑网格内介尺度非均匀结构的曳力模型。其中,基于结构-传递关系理论的多尺度结构曳力模型,能有效解析流化床中的稀密两相结构分布,并合理描述介尺度非均匀结构导致的曳力下降,因而在流化床的数值模拟中得到了广泛应用。为了同时考虑介尺度非均匀结构和粒径分布的影响,本论文针对流化床反应器内的气固两相流,在结构-传递关系模型的基础上对多粒度颗粒体系进行分析并建立了结构曳力模型,并将多粒度结构曳力模型与连续介质模型耦合,对具有双粒度分布的气固两相流实验进行了模拟计算,验证了模型的有效性。本论文的具体工作及主要结论如下:第2章首先在结构-动量传递关系模型的框架下研究了多粒度体系曳力分散关联式对双粒度体系流动行为的影响。虽然不同的曳力分散关联式在曳力相对关系上存在明显差异,但与结构-动量传递关系模型耦合后,却对模拟结果影响不大。模拟得到的结果都能合理反映出双粒度鼓泡流化床内的气固两相流的关键流动特性。通过不同曳力模型的模拟结果比较,进一步明确了有效曳力系数才是影响模拟结果的主要因素。第3章进一步建立了适用于粗细颗粒鼓泡流化床体系的结构-动量传递关系模型。在结构-传递理论的多尺度框架中对密相、稀相中的流动及各相之间的相互作用进行描述以构建方程组,最后利用结构参数经验关联式对上述方程组进行封闭。通过求解目标参数模型可以得出不同颗粒所受到的气固相间曳力系数。通过CFD模拟计算发现修正后的气固相间曳力模型能较好地描述双粒度体系气固两相流,而且很好地预测了不同粒径颗粒在轴向的混合与偏析情况,从而验证了上述方法的有效性。第4章基于结构-传递理论及均匀分布假定分别构建了粗细颗粒湍动流化床和粗细颗粒快速流化床结构-动量传递关系模型。模型通过对双粒度湍动床和双粒度循环床的模拟验证发现新的曳力模型在所考察的这些流域以及不同的操作条件下,都能较好地捕捉到床层内的特征流动结构,拓展了结构-动量传递关系模型的应用范围。第5章研究了固固曳力对低速流化床分级行为的影响,将传统固固曳力模型与颗粒摩擦压力模型耦合提出了适用于密相多粒度颗粒系统的固固曳力半经验模型,并通过模拟计算确定了经验系数的最优取值范围。最后,第6章总结了本论文的主要工作和创新点,并在现有发现和结论的基础上提出了对下一步工作的展望。
郭舒宇[2](2021)在《基于EMMS原理的双涡介尺度湍流模型及应用》文中进行了进一步梳理湍流被认为是经典物理留下的世纪性难题,在计算流体力学领域如何准确预测流体从层流至湍流的转捩过程依旧是重大挑战之一。湍流统计理论和层次结构理论对湍流多尺度结构进行了物理表达,实验和数值研究也显示出流动结构对于湍流产生以及转捩过程的重要性。单涡能量最小多尺度(Energy Minimization Multi-scale,EMMS)湍流模型利用湍流稳定性条件、涡团成分流体的动力学方程以及系统动量、质量守恒方程一起求解得到湍流局部结构物理量,该模型视单相湍流由层流流体成分和涡团流体成分组成,通过涡团体积分数表征湍流的非均匀结构,改进了雷诺平均方法模拟湍流的精度。本文在单涡EMMS湍流模型基础上,进一步考虑大尺度涡和小尺度涡共同控制,建立和发展以介科学为基础的双涡介尺度湍流模型,实现层湍转捩问题成功预测,具体研究工作如下:(1)对基于EMMS原理探究湍流的相关工作进行系统回顾和整理,概述当前湍流转捩的理论、实验、数值研究进展,以及工程预测中的常用湍流转捩模型,分析湍流中多尺度结构及湍流统计理论和层次结构理论中蕴含的尺度划分和结构分层构思,阐述湍流中的相干结构和转捩中的涡结构变化的唯象认识,并利用湍流中的多尺度结构分析引出涡团介尺度结构对于建立湍流模型的启发作用。(2)利用多尺度结构分析将湍流体系划分为非湍流成分流体和以双涡结构为特征的湍流成分流体,依据动力学方程和能耗率表达式建立双涡EMMS湍流模型,并利用层流和完全湍流下分别对应的两个能耗率极值条件在竞争中协调的作用原理构建适合层湍转捩问题的极值条件封闭模型。(3)求解双涡EMMS湍流模型并分析求解得到的湍流非均匀结构物理量,考察不同极值条件下的模型求解结果,并阐明构建的极值条件对于描述湍流转捩问题的有效性,对双涡EMMS湍流模型参数的物理含义进行拓展与探究。(4)根据双涡EMMS湍流模型的计算结果拟合得到湍流涡团体积分数代数表达式,利用该表达式改进k-ωSST模型,依据转捩机理构建计算层湍转捩过程的新湍流模型,利用层湍转捩等算例验证新湍流转捩模型,并对模型未来改进方向进行了展望。
王亚朋[3](2021)在《多中段溜井卸矿粉尘产运规律与控制技术研究》文中研究说明多中段溜井卸矿粉尘是金属矿山开采过程中主要粉尘来源之一,其任一中段卸矿对其他中段均可能造成粉尘污染,现有对多中段溜井卸矿粉尘产运规律的研究较少,更缺乏对多中段溜井联动降尘技术的研究。本文采用理论分析、相似实验和数值模拟等研究方法,建立了冲击气流计算模型和粉尘产运模型,以及控制卸矿粉尘的气水喷雾和泡沫降尘模型,确定了溜井卸矿粉尘产运规律,提出了不同中段联动降尘技术。并根据卸矿粉尘产运规律进行气水喷雾及泡沫降尘参数优化实验,开发出包含卸矿口气水喷雾及矿仓喷射泡沫的不同中段联动降尘系统,进行了降尘效果分析。以能量守恒定理为基础对矿石在溜井内下落过程中的功能转换进行研究,建立了溜井内冲击风速及气流量计算模型;根据气固两相流理论和菲克定律研究了卸矿粉尘产运机理,推导出卸矿粉尘在联络巷中任意时刻及位置的浓度计算模型,确定了影响卸矿产尘的主要因素。同时,研究了气水喷雾和泡沫降尘原理,得出雾滴粒径和润湿能力是影响气水喷雾降尘以及发泡量和泡沫稳定性是影响泡沫降尘效果的关键因素。为研究多中段溜井卸矿参数对粉尘产运规律的影响,运用相似理论推导出卸矿粉尘产生和运动相似准则数,建立了多中段溜井卸矿粉尘产运规律相似实验平台,进行了卸矿参数影响冲击风速及粉尘浓度变化规律的相似实验。通过对0.4kg/s、0.6kg/s、0.8kg/s、1.0 kg/s、1.2 kg/s五个卸矿流量下的卸矿产尘实验研究,得出卸矿流量为1.0 kg/s时,卸矿产尘量最大,多中段溜井第三、四中段为主要产尘中段;通过对卸矿总量、矿石粒径、卸矿高度、含水率影响卸矿产尘实验得出,卸矿总量和卸矿高度与卸矿产尘呈正相关,矿石粒径及含水率与卸矿产尘呈负相关。采用高速摄影机研究了冲击气流与卸矿粉尘间的动态变化关系,得出粉尘的运动滞后于冲击气流,第四中段冲击气流运动速度是粉尘运动速度的2.64倍,矿石下落过程中产尘量占总卸矿产尘量的78%,落入矿仓后的产尘量占总产尘量的22%。同时,采用数值模拟对不同卸矿参数下的产尘情况进行验证,得出了溜井中段数量与产尘位置间的关系,确定了粉尘在联络巷内随时间及空间变化的扩散规律,建立了卸矿口冲击风速及粉尘浓度预测模型,为气水喷雾降尘装置的安装位置选择及气水喷雾和泡沫降尘装置的开启关闭时间设置提供依据。针对多中段溜井卸矿口粉尘扩散特点,通过气水喷雾降尘实验优化了气水喷雾参数,确定出最佳气水流量比为110~145,并优选出浓度0.005%的表面活性剂提高气水喷雾降尘能力;根据对发泡量和泡沫稳定性等发泡参数的研究,确定出泡沫降尘最佳发泡剂配方,最优发泡气液比为31,发泡倍数为21。按照相似实验及数值模拟得出的卸矿粉尘产运规律,确定了多中段溜井卸矿粉尘联动控制系统的硬件组成,开发了卸矿粉尘联动控制系统软件;通过多中段溜井卸矿粉尘产运规律相似实验模型的降尘实验得出,该系统对第三、四中段全尘的降尘率分别为79.2%和84.1%,呼尘的降尘率分别为71.2%和78.6%;将联动控制系统的气水喷雾降尘装置应用于现场第四中段卸矿口,全尘的降尘率达到82.5%,呼尘的降尘率为76.8%,取得了良好的降尘效果,为其他矿井卸矿粉尘治理提供了一种新方法。
樊飞虎[4](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》文中进行了进一步梳理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。
周涛[5](2021)在《宽筛分粒径条件下鼓泡流化床内生物质气化过程的数值模拟研究》文中研究表明生物质作为极具发展潜力的可再生能源,完美的契合了我国“碳中和”的发展理念。鼓泡流化床具有原料适用性广,传热强度大,气固相间接触效率高等特点,在生物质气化领域具有广泛的应用,因此受到了工业界和学术界的重点关注。但反应器内气固流动同热态气化反应的高度耦合给传统实验研究带来了巨大的挑战,数值模拟手段凭借着强大的计算能力成为了解决方案。本文通过数值模拟方法,对鼓泡流化床中生物质气化及气固流动细节开展了相关研究,为后续工业设计及生产提供了新的见解和思路。采用多相流体网格质点方法(Multiphase Particle-in-Cell Method,MP-PIC),以实验室尺度的鼓泡流化床为结构基础建立热态气化反应数值模型,并对模型适应性及准确度进行数值验证。通过此模型,以流化床反应器内床层颗粒粒径分布宽度(Particle Size Distribution,PSD)为研究变量,对气化性能及流动特性开展相关的研究。主要工作总结为以下几个方面:基于建立的数值模型,在宽筛分粒径条件下,系统的考察了气化性能,气体分布,气固混合特性的变化。结果表明:(1)增大颗粒粒径分布宽度可以使合成气的总气体产量提高5%,低位热值提高24%,气化效率提高15%,碳转化率提高4%,表明了床层颗粒粒径分布宽度的增大对气化性能具有促进作用;(2)随着床层颗粒粒径分布宽度的增加,可以观察到密相区气体温度呈现降低的变化趋势,而在自由空域中的气体则呈现相反的变化;(3)固相颗粒同气体分布的关系表明,可燃性气体主要存在于反应器内的稀相区,而氧气主要存在于密相区。基于建立的求解模型,对反应器内存在的固相颗粒进行了分析,讨论了宽筛分粒径条件下不同类型颗粒的分离特性。结果表明:(1)粒径分布和化学反应的共同作用导致颗粒在反应器内呈现明显的空间分离现象,进而导致颗粒的温度和传热系数在空间的分布不均匀;(2)随着粒径分布宽度的增加,颗粒总体停留时间延长2s,生物质颗粒中碳的含量减少5%,灰分增加5%,证明了宽粒径分布对气化具有促进作用;(3)颗粒物性参数的变化表明,生物质颗粒的滑移速度,雷诺数和温度均小于砂粒,增大PSD宽度会导致两种颗粒的相关物性参数均减小。为了对鼓泡床内的相关现象进行解释,对反应器内气泡的动力学和热物性变化进行了研究。结果表明:(1)随着PSD宽度的增加,气泡的上升速度减小,沿轴向长宽比增加,证明了反应器中气泡呈现细长的形状而非理想球形的事实;(2)对气泡相关物理性质的分析表明,气泡的压力、密度均沿轴向持续降低。随着粒径分布宽度的增大,气泡的温度、热导率和比热容均有所提高;综上所述,所得结果为宽筛分粒径条件下生物质气化的研究提供了新的视角和见解,为鼓泡床生物质气化技术提供了有益的参考。
殷吉文[6](2020)在《壁流式DPF碳烟捕集及再生燃烧特性的数值模拟研究》文中进行了进一步梳理柴油机颗粒捕集器(Diesel Particulate Filter,DPF)作为新一代柴油发动机尾气后处理装置,其凭借自身独特的多孔结构,对废气中的碳烟颗粒物进行捕集,能有效的减少颗粒污染物排放。DPF在捕集颗粒和再生控制中会涉及到复杂多相流动、传热、传质及化学反应等复杂过程。为了进一步提高DPF捕集效率,有必要系统的了解DPF内部的物理及化学传输特性。本文基于新型的格子Boltzmann方法,开发DPF孔隙尺度数值计算模型,深入研究碳化硅过滤器薄壁中的微纳米尺度气固两相流动,传质传热及再生燃烧化学反应过程。首先,采用格子Boltzmann方法中的不可压D2G9模型对DPF单通道内的流场及压力分布进行了模拟,并详细讨论了入口流速、孔隙结构,过滤器厚度对单通道内流场及压力分布的影响。研究结果表明:低入口流速下,DPF通道内的压力分布均匀;高入口流速下,低孔隙直径的通道内的气流倾向于从通道末端穿过过滤器壁;过滤器壁厚越大,前后端压力差越大。然后,基于元胞自动机概率模型设定适用于DPF中颗粒运动规则,并与格子Boltzmann模型进行耦合,利用验证后的耦合模型对壁流式DPF单通道内的气固两相流动及颗粒沉积特性进行数值模拟。研究结果表明:低流速下,气流对颗粒运动的影响较小,颗粒运动主要以扩散机制为主,且颗粒在通道内的沉积分布比较均匀;高流速下,颗粒运动主要以惯性机制为主,颗粒主要沉积在通道的中后段。过滤器的平均孔隙直径越小,颗粒更容易沉积在过滤器前端壁面,易形成滤饼层。最后,根据电子显微镜(SEM)扫描的Si C-DPF薄壁微观结构,利用四参数随机生成法重构了高精度Si C-DPF薄壁的二维三相数字模型,并使用格子Boltzmann方法对上述构建Si C-DPF薄壁数字模型进行多场耦合模拟计算,重点分析气体流动,传质传热,化学反应及固体热传导。研究结果表明,该模型可以高效的捕获孔隙尺度下的再生燃烧现象,并可以预测控制再生燃烧的各种机制。就氧气的利用率及稳定的燃烧温度而言,扩散控制更适合再生燃烧,即低Pe数和高Da数。综上所述,本文通过数值模拟方法,对DPF孔隙尺度下的复杂多相流动、传热、传质及化学反应等过程进行了相关讨论分析,克服了试验微观可视化的局限性,为提高捕集效率,优化再生控制、降低DPF生产成本的具有重要的理论和实际工程意义。
张亚东[7](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》文中认为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。
王荣扬[8](2020)在《柔性片状物料气固耦合数值计算及机采茶鲜叶分选装置试验研究》文中指出我国茶园面积超4400万亩,涉茶人口超过6000万,茶叶农业产值达到2200亿元,其中名优茶产值超过1700亿元,因名优茶原料以芽头、一芽一叶、一芽二叶初展为主,致使很多茶叶的生物产量没有被充分利用,茶鲜叶存在利用率低、弃采严重的问题,导致我国平均茶园单产830 kg/hm2远低于土耳其的3314 kg/hm2。茶叶采摘作业存在季节性劳动力紧缺、茶农平均年龄大、劳动强度大和采摘成本高等现状,其中采茶用工约占茶园管理总用工时间的50%以上,采茶成本与茶业生产的矛盾越来越突出。如何提高单位面积的产出效益和降低采摘成本成为我国茶业产业发展亟待解决的问题,机械化采摘是茶叶产业可持续发展的客观要求和必然趋势,更是推进中低档大宗茶提档升级、节本增效和规模生产的途径,但市场已有的茶叶采摘机械均为非选择性的刚性采摘方式,采用往复式运动切割茶树嫩梢,造成机采鲜叶的芽叶大小不一、参差不齐、老嫩不一等问题和存在单叶、碎叶、茎梗等非完整芽叶组分,导致机采鲜叶后续加工工艺各异,产品质量不稳定,经济效益得不到充分发挥。对机采鲜叶物料的分选方法和装备进行研究能有效提高单位面积产出和降低制茶成本,对我国茶叶产业发展具有重要现实意义。本文以机采鲜叶分选方法和装备设计为对象展开研究,提出气流分选-网带筛分组合式机采鲜叶分选方法,通过对机采鲜叶与气流之间两相流动数值计算方法、分选机构内部流场分析、机采鲜叶在网带机构透筛机理、试验评价等进行研究,揭示出机采鲜叶分选机理,研制出机采鲜叶分选装备原型样机。论文主要研究内容和研究成果如下:(1)提出气流分选-网带筛分组合式机采鲜叶分选方法。采用气流分选方法去除机采鲜叶物料中破碎叶、芽头、单叶等经济价值较低的鲜叶组分,采用网带筛分方法对经气流分选后经济价值较高的物料按几何形态进行分选。(2)发展一种基于浸没边界-格子玻尔兹曼法(Immersed Boundary-Lattice Boltzmann Method,IB-LBM)的柔性片状物料两相流动数值计算方法。包括用于数值求解流体运动的LBM、离散状态柔性片状物料的建模及求解、求解流体-物料相互耦合作用的IBM、边界条件等,开发出计算机程序并验其准确性和有效性。(3)利用LBM方法揭示机采鲜叶水平气流分选机理。利用IB-LBM对机采鲜叶在水平气流分选装置的变形特性和运动轨迹进行数值计算,采用LBM和大涡模拟方法(Large Eddy Simulation,LES)对机采鲜叶水平气流分选装置单相流场特性进行数值分析。数值计算结果表明机采鲜叶横向运动距离与直径D呈负相关关系,与雷诺数Re呈正相关关系;利用最小二乘法拟合得到机采鲜叶无量纲变形参数(L/W和W/R)、直径D和雷诺数Re的函数关系式。研制出机采鲜叶气流分选样机并进行试验研究,试验结果表明气流分选方法对破碎叶、芽头、单叶等较小的机采鲜叶组分具有较好的分选效果,但集料器中一芽一叶、一芽二叶、一芽三叶和一芽多叶组分出现混杂现象,分选效果不明显。(4)提出了柔性旋转链驱动网带式机采鲜叶分选方法(Chain-driven Mesh Belt Sorting Method for Machine-Plucked Fresh Leaves,简称CDMB或网带式机采鲜叶分选方法)。采用离散单元法对网带式分选方法中的物料运动特性、透筛分离过程及分选能效等展开研究,揭示机采鲜叶在网带式分选机构中的松散、分层和透筛机理。通过机采鲜叶网带式分选机构样机研制和试验研究,表明所提出的网带式分选方法能实现按鲜叶几何形态主导的分选作业,为网带式机采鲜叶分选装置研制提供理论基础和设计依据。(5)研制出网带式机采鲜叶分选装置原型样机。采用高速摄像技术对机采鲜叶的运动姿态和规律进行研究,采用PROFINET和MODBUS总线建立3层控制网络实现数据交换,设计了基于PLC的机采鲜叶分选装置控制系统,研制出网带式机采鲜叶分选装置原型样机。(6)对气流分选-网带筛分组合式机采鲜叶分选系统开展试验、性能评价、优化研究。首先采用机械采摘茶园夏秋茶机采鲜叶作为原料对CDMB分选装置进行试验研究,结果表明CDMB分选装置能从D级机采鲜叶原料中分选出A-级、B级、C级和E级品质的鲜叶原料,能实现按不同几何形态对机采鲜叶进行分选且分选效果与循环分选次数呈正相关关系。人工采摘茶园春茶机采鲜叶分选性能评价试验结果表明所研制的CDMB分选装置综合性能优于YJY-2型和6CXF-70型机采鲜叶分选机。利用响应曲面法对CDMB分选装置的工艺参数进行优化、仿真和试验验证研究,优选出最佳喂料速度和网带转速等参数组合。最后对气流分选-网带筛分组合式机采鲜叶分选系统进行试验研究,结果表明破碎叶、芽头、单叶等较轻物料组分主要被收集在No.Ⅵ集料器,No.Ⅰ、No.Ⅱ、No.Ⅲ、No.Ⅳ和No.Ⅴ集料器中破碎叶、单叶物料组分显着降低,品质等级提高。
高瑞[9](2020)在《热解-气化耦合的两段气流床气化过程研究》文中研究说明气流床气化是现代煤化工行业广泛采用的主流煤气化技术,不断提高气流床气化炉的气化效率是学术界和技术界关注的热点,为此本文提出了一种热解-气化耦合的两段气流床气化工艺,其中一段气化室以半焦的气化为主;二段气化室以粉煤热解为主,其热源来自于一段气化室产生的高温合成气显热。以此为背景,本文通过实验研究了粉煤加氢快速热解特性,建立了一种热解综合模型;采用数值模拟的方法对两段气流床气化炉二段炉膛颗粒停留时间和炉内流场特征进行了研究,考察了结构形式对两段气流床气化炉气化性能的影响;建立了两段气流床气化系统的数学模型,考察了工艺条件变化对热解-气化耦合的两段气流床气化炉气化结果的影响。主要内容如下:1.在滴管炉实验装置上,结合气相色谱、液相色谱、拉曼光谱以及红外光谱等分析表征手段,对神府烟煤在氮气气氛热解以及加氢快速热解过程中气、液、固三相热解产物的分布及转化进行了实验研究。结果表明:在相同的热解温度下,与氮气气氛热解相比,加氢热解过程中CH4和H2O的产率明显增加,CO和CO2的产率明显降低,当热解温度为900℃时,CH4的产率达到最高,为72.83ml/g(daf coal),约为氮气气氛热解下CH4产率的1.5倍。采用加氢热解过程不仅能够提高焦油的产率,而且能够促进焦油的轻质化过程,改善焦油的质量,当热解温度为800℃时,加氢热解过程得到的焦油产率为11.77wt%,较氮气气氛热解提高约2个百分点。加氢热解过程煤焦的收率要略低于氮气气氛热解下煤焦的收率,此外加氢热解过程得到的煤焦石墨化程度相对较低,表明其气化活性相对较高。2.提出了一种热解综合模型,该模型主要包含两个子模型,在子模型一中,通过CPD模型修正两步竞争反应动力学模型参数,预测挥发分总体产率;在子模型二中,通过修正后的多步热解动力学模型和非线性约束优化方法,预测挥发分的详细组成及产率。在不同热解终温和升温速率条件下,采用热解综合模型预测了 14个煤种的脱挥发分过程,预测结果与文献值吻合良好,从而验证了其适用性和准确性。3.基于多喷嘴对置式气流床气化炉结构,提出了热解-气化耦合的两段气流床气化工艺,建立了上行式两段气流床气化炉三维冷态模型,采用Realizable k-ε模型模拟气体湍流流动,采用随机轨道模型追踪颗粒运动。模拟结果表明:提高二段气化室直径,可有效增加颗粒停留时间;喉部直径主要影响大粒径(>100μm)颗粒的停留时间,喉部直径越小,大粒径(>100μm)颗粒停留时间越长;随着二段气化室进口气速的增加,小粒径颗粒和低密度颗粒平均停留时间呈现先增大后减小的规律,大粒径颗粒和高密度颗粒平均停留时间则单调减少。4.建立了热解-气化耦合的两段气流床气化炉三维数值模型,采用Realizable k-ε湍流模型模拟炉内气体流动,采用热解综合模型模拟煤的热解过程,采用耦合内扩散效率因子方法的随机孔隙率模型模拟煤焦的气化过程,得到了热解-气化耦合的两段气流床气化炉内的速度、温度与组分浓度分布。模拟结果表明:二段气化室喷嘴射流会对一段气化室出口向上的径向流体产生截流作用,导致在喉部区域内形成回流区,提高了颗粒的停留时间;一段气化室温度较高,有利于液态排渣,二段气化室内由于粉煤热解吸热导致气体温度迅速降低,气化炉出口温度约为840℃。一段气化室高温撞击区内气固混合良好,有利于相间热质传递过程,促进了煤焦的气化反应,一段气化室内煤焦碳转化率高达99%。5.建立了热解-气化耦合的两段气流床气化工艺的数学模型,考察了一段气化室出口温度、一段蒸汽加入量和二段给氧量对气化系统整体性能及焦油产率的影响。结果表明,当一段气化室出口温度从1200℃增加至1600℃时,二段气化室出口温度从761℃增加至830℃,CH4摩尔分率略微增加,焦油产率明显降低,比煤耗和比氧耗则略微增加。当蒸汽煤比从0.15kg/(kg coal)增加至0.35kg/(kg coal)时,二段气化室出口温度从801℃增加至817℃,CH4摩尔分率和焦油产率均略微降低,比煤耗和比氧耗则略微增加。热解-气化耦合的两段气流床气化系统的冷煤气效率(含焦油)较单段粉煤气流床气化系统提高了约5~8个百分点,出口合成气热值(含焦油)提高了约3.3MJ/Nm3。采用炉内二次给氧工艺或炉外二次给氧工艺均可有效使合成气中焦油含量降低至300mg/(Nm3 syngas)以下。当一段气化室温度为1400℃,蒸汽煤比为0.25kg/(kg coal),炉内二次给氧工艺和炉外二次给氧工艺的氧煤比分别为477Nm3/(t coal)和484Nm3/(t coal)时,出口气体温度分别为939℃和997℃,CH4摩尔分率约为5~6%,冷煤气效率约为85%。
张仪[10](2020)在《液固散式流态化特性的CFD模拟及实验验证》文中研究表明液固流化床凭借其良好的颗粒混合与过程传递特性已在能源、化工和环保等诸多领域得到广泛应用,该装置内热量、质量传递及化学反应性能与其复杂的非线性流体动力学特性密切相关。本论文以具体实验测量结果和典型文献报道数据为基础,运用欧拉-欧拉双流体模型方法考察液固体系的散式流态化特性,重点分析曳力模型选择对稳态流化特性和相间作用力模型对床层动态特性的影响行为,进而比较三种典型双流体模型对液固体系散式流化特性的预测性能。旨在为该类装置的设计、放大及其运行优化提供理论依据和相关基础数据。首先搭建实验室规模液固流态化实验平台,以水-玻璃珠体系为考察对象,研究矩形流化床内液固两相流动特性。实验测定的床层整体固含率与Richardson-Zaki经验公式预测结果平均相对误差低于5%,验证了实验装置与测量方法的可靠性。以本论文实验结果为基础,基于颗粒动理学理论模拟了液固体系在稳定流化状态下的流体动力学特性,结果表明曳力模型对时均床层膨胀高度的模拟结果影响较大,预测的固相均方根速度在垂直方向和水平方向上的分量分别呈现“中心低壁面高”和“中心高壁面低”的相反趋势。在本论文研究范围内,颗粒动理学理论中固相粘度模型和颗粒-颗粒碰撞恢复系数对时均整体固含率的模拟结果影响极小,上述核心模型和关键参数对颗粒运动特性的模拟结果影响较小。进而探索了相间作用力模型对床层动态流动特性模拟结果的影响。CFD结果表明床层动态变化包括收缩和膨胀两种类型,其中收缩过程中Syamlal-O’Brien和TGS曳力模型预测的响应时间较为准确,而TGS曳力模型对整体固含率的预测精度较高;膨胀过程中TGS模型对响应时间和整体固含率的预测优于其他曳力模型;确认TGS曳力模型对动态特性的预测性能较优。所考察升力模型对床层动态特性模拟结果的影响较小,在相间作用力模型中可予以适当忽略,其原因可能是曳力模型中往往已经包括了升力等其他相间力,以及诱导升力的液相剪切流动和颗粒旋转运动在液固体系中较弱。以本论文及相关文献中实验结果为基础,基于Brandani和Zhang简化双流体模型在颗粒雷诺数(Res)约20至400范围内评价了 9个曳力模型对液固散式流态化时均颗粒流动特性的预测性能。曳力模型性能与颗粒雷诺数密切相关,BVK曳力模型在Res=210时准确地预测了固含率的径向分布;Dallavalle和BVK曳力模型分别在Res=300和Res=390时较为准确地再现了固相轴向速度的径向分布特征;TGS和Dallavalle曳力模型在Res=116、149和181时对床层膨胀高度预测精度最高。基于对整体固含率计算结果的统计分析可以确认BVK和Dallavalle曳力模型对液固散式流化特性预测性能最优;基于直接数值模拟方法得到的曳力模型整体上预测性能较好,此类曳力模型基于静止颗粒群的绕流模拟获得,因不考虑颗粒间相互作用而更适宜液固散式流态化的CFD模拟。以文献中实验结果为基础,探索了 Gidaspow无粘性A类模型、Brandani和Zhang简化模型和基于颗粒动理学理论的三种双流体模型对液固散式流化特性模拟结果的影响。整体而言,三种双流体模型均能较为准确地预测时均整体固含率和固相轴向速度径向分布。但基于颗粒动理学理论双流体模型过高地估计了固相均方根速度分布,导致颗粒运动接近各向同性,Gidaspow无粘性A类双流体模型和Brandani和Zhang简化双流体模型能够较为合理地再现固相均方根速度分布和颗粒运动各向异性特征,其内在原因在于模型对固相应力的处理符合液固散式体系内颗粒间碰撞行为较少发生的特征。
二、气固两相流动数值模拟及其非线性动力学分析(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、气固两相流动数值模拟及其非线性动力学分析(论文提纲范文)
(1)粗细颗粒流化床内流动结构与动力学研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
符号说明 |
第1章 引言 |
1.1 研究背景和意义 |
1.2 介尺度非均匀结构: 气泡与团聚物 |
1.3 模拟研究进展 |
1.3.1 数学模型介绍 |
1.3.2 曳力模型研究进展 |
1.3.3 单粒度曳力模型 |
1.3.4 多粒度曳力模型 |
1.4 本文研究内容 |
第2章 结构-动量传递模型下曳力分散关联式的影响 |
2.1 引言 |
2.2 曳力模型 |
2.3 模拟结果与讨论 |
2.3.1 模拟计算设置 |
2.3.2 模拟结果分析 |
2.4 小结 |
第3章 粗细颗粒鼓泡流化床介尺度非均匀结构与曳力模型 |
3.1 引言 |
3.2 粗细颗粒鼓泡流化床结构预测模型 |
3.2.1 鼓泡流化床不均匀结构的分解-合成方法 |
3.2.2 粗细颗粒鼓泡流化床流动结构参数 |
3.2.3 粗细颗粒鼓泡流化床流动结构参数的求解 |
3.3 气-固鼓泡流化床局部流动结构与曳力关系模型 |
3.3.1 粗细颗粒气固鼓泡流化床动量传递的曳力系数模型 |
3.3.2 模型求解方法 |
3.3.3 曳力模型与多流体模型耦合 |
3.4 粗细颗粒气固鼓泡流化床结构-曳力关系模型的验证 |
3.4.1 模拟计算设置 |
3.4.2 模拟结果分析 |
3.5 小结 |
第4章 基于结构-传递理论的多粒度曳力模型推广 |
4.1 引言 |
4.2 粗细颗粒湍动流化床局部流动结构与传递关系模型 |
4.2.1 湍动流化床不均匀结构的分解-合成方法 |
4.2.2 粗细颗粒气固湍动流化床动量传递的曳力系数模型 |
4.2.3 模型求解方法 |
4.3 粗细颗粒快速流化床局部流动结构与传递关系模型 |
4.3.1 快速流化床不均匀结构的分解-合成方法 |
4.3.2 粗细颗粒气固快速流化床动量传递的曳力系数模型 |
4.3.3 模型求解方法 |
4.4 粗细颗粒气固快速/湍动流化床结构-传递关系模型的实验验证 |
4.4.1 模拟计算设置 |
4.4.2 双粒度湍动床计算结果 |
4.4.3 双粒度快速床计算结果 |
4.5 小结 |
第5章 固固曳力模型对分级行为的影响 |
5.1 引言 |
5.2 固固曳力模型验证 |
5.2.1 模拟计算设置 |
5.2.2 模拟结果分析 |
5.3 小结 |
第6章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 创新点 |
6.3 展望 |
参考文献 |
附录 |
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)基于EMMS原理的双涡介尺度湍流模型及应用(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
符号列表 |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 EMMS原理探索湍流 |
1.3 湍流转捩研究 |
1.3.1 理论研究 |
1.3.2 实验研究 |
1.3.3 数值研究 |
1.4 常用湍流转捩模型 |
1.4.1 低雷诺数湍流模型 |
1.4.2 间歇因子转捩模型 |
1.4.3 层流动能转捩模型 |
1.5 本论文研究思路及内容 |
第2章 湍流多尺度结构分析 |
2.1 湍流统计理论和层次结构理论 |
2.2 湍流中的相干结构 |
2.3 转捩中的结构分析 |
2.4 基于非均匀结构的湍流模型 |
2.4.1 湍流双流体模型 |
2.4.2 双尺度湍流模型 |
2.5 本章小结 |
第3章 双涡EMMS湍流模型建立 |
3.1 湍流两相概念及级串图像假说 |
3.2 双涡模型约束方程 |
3.3 湍流能耗分解及量化 |
3.3.1 总能量耗散率 |
3.3.2 湍流涡团表面振荡而产生的能量耗散率 |
3.3.3 大涡破碎而产生的能量耗散率 |
3.3.4 小涡能量耗散率 |
3.4 湍流中极值条件 |
3.5 模型求解计算流程 |
3.6 本章小结 |
第4章 双涡EMMS湍流模型求解及分析 |
4.1 双涡EMMS湍流模型结果与讨论 |
4.2 不同极值条件对比分析 |
4.2.1 极值条件一 |
4.2.2 极值条件二 |
4.2.3 极值条件三 |
4.3 不同模型参数对比分析 |
4.3.1 表面张力系数 |
4.3.2 密度差 |
4.4 本章小结 |
第5章 双涡EMMS湍流模型与CFD的耦合 |
5.1 数据拟合和计算模型构建 |
5.2 耦合CFD软件 |
5.3 算例验证与应用 |
5.3.1 零压力梯度平板边界层转捩 |
5.3.2 NACA0012翼型绕流 |
5.3.3 Aerospatiale-A翼型绕流 |
5.3.4 T106A涡轮叶栅绕流 |
5.3.5 后台阶流 |
5.3.6 顶盖驱动方腔流 |
5.4 本章小结 |
第6章 结论与展望 |
6.1 主要结论 |
6.2 本论文的创新点 |
6.3 研究展望 |
参考文献 |
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
致谢 |
(3)多中段溜井卸矿粉尘产运规律与控制技术研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
符号清单 |
1 引言 |
2 文献综述 |
2.1 选题意义与课题来源 |
2.1.1 选题的意义 |
2.1.2 课题来源及目的 |
2.2 多中段溜井卸矿粉尘产运规律研究现状 |
2.2.1 冲击气流产生规律研究现状 |
2.2.2 卸矿粉尘的产生规律研究现状 |
2.2.3 卸矿粉尘运移规律研究现状 |
2.3 多中段溜井卸矿粉尘控制技术研究现状 |
2.4 主要存在及有待解决的问题 |
2.5 研究内容与方法 |
2.5.1 研究内容 |
2.5.2 研究方法 |
2.5.3 技术路线 |
3 多中段溜井卸矿粉尘产运理论和控制原理研究 |
3.1 冲击气流产生机理及影响因素研究 |
3.1.1 冲击气流的形成及特征分析 |
3.1.2 冲击气流产生机理及影响因素 |
3.2 卸矿粉尘产生机理及影响因素研究 |
3.2.1 卸矿粉尘产生机理 |
3.2.2 卸矿粉尘产生影响因素 |
3.3 卸矿粉尘运移理论模型建立 |
3.3.1 冲击气流运动模型 |
3.3.2 卸矿粉尘扩散模型 |
3.4 卸矿粉尘气水喷雾及泡沫降尘原理 |
3.4.1 气水喷雾降尘原理 |
3.4.2 泡沫降尘原理 |
3.5 本章小结 |
4 多中段溜井卸矿粉尘产运规律相似实验研究 |
4.1 金属矿山多中段溜井卸矿粉尘产运规律实测 |
4.1.1 金属矿山多中段溜井基本概况 |
4.1.2 现场测点布置及实测结果分析 |
4.2 多中段溜井相似实验平台的建立 |
4.2.1 相似理论及相似准则数的推导 |
4.2.2 多中段溜井相似实验模型的建立 |
4.2.3 相似实验监测设备及测定方法 |
4.3 单一卸矿流量下粉尘产运规律实验研究 |
4.3.1 冲击风速及粉尘浓度变化规律实验分析 |
4.3.2 实验结果与现场实测结果对比分析 |
4.4 不同卸矿参数变化对粉尘产运规律影响的实验研究 |
4.4.1 卸矿量变化对粉尘产运规律的影响 |
4.4.2 矿石粒径及卸矿高度变化对粉尘产运规律的影响 |
4.4.3 矿石含水率变化对粉尘产运规律的影响 |
4.5 基于高速摄影的卸矿粉尘运动规律及产生量研究 |
4.5.1 高速摄影系统建立及参数设置 |
4.5.2 高速摄影机拍摄结果分析 |
4.6 本章小结 |
5 多中段溜井卸矿粉尘产运规律数值模拟研究 |
5.1 多中段溜井卸矿粉尘产运模拟控制模型 |
5.2 多中段溜井模型建立及模拟参数设置 |
5.2.1 模型的建立及网格划分 |
5.2.2 模型网格质量分析 |
5.2.3 模拟参数的设置 |
5.3 不同中段数量溜井卸矿粉尘产运特征模拟 |
5.3.1 不同时刻下冲击气流及粉尘运动规律 |
5.3.2 多中段溜井断面流场及粉尘粒径变化 |
5.3.3 模拟结果与实验结果对比分析 |
5.4 卸矿参数变化对粉尘产运规律影响的模拟研究 |
5.4.1 卸矿参数变化对联络巷内冲击气流影响 |
5.4.2 卸矿参数变化对联络巷内粉尘浓度影响 |
5.5 卸矿参数变化对粉尘产运规律影响的正交模拟研究 |
5.5.1 卸矿参数正交模拟 |
5.5.2 冲击风速及粉尘浓度预测模型研究 |
5.5.3 冲击风速及粉尘浓度预测模型的含水率修正 |
5.6 本章小结 |
6 多中段溜井卸矿粉尘控制技术研究 |
6.1 卸矿口气水喷雾降尘技术研究 |
6.1.1 气水喷雾实验系统 |
6.1.2 气水喷雾雾化及降尘效果分析 |
6.2 矿仓喷射泡沫降尘技术研究 |
6.2.1 发泡性实验研究 |
6.2.2 矿仓喷射泡沫降尘实验 |
6.3 多中段溜井卸矿粉尘联动控制系统的开发 |
6.3.1 卸矿粉尘联动控制要求及方法 |
6.3.2 卸矿粉尘联动控制系统硬件组成及实现 |
6.3.3 卸矿粉尘联动控制系统软件的开发 |
6.4 多中段溜井卸矿粉尘联动控制系统降尘效果分析 |
6.4.1 多中段溜井卸矿联动降尘实验效果分析 |
6.4.2 多中段溜井卸矿口气水喷雾现场降尘效果 |
6.5 本章小结 |
7 结论 |
7.1 主要结论 |
7.2 创新点 |
7.3 建议与展望 |
参考文献 |
附录A 粉尘云灰度图映射转换粉尘浓度云图程序片段 |
作者简历及在学研究成果 |
学位论文数据集 |
(4)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 |
(5)宽筛分粒径条件下鼓泡流化床内生物质气化过程的数值模拟研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 课题研究背景及意义 |
1.2 生物质能的应用综述 |
1.2.1 生物质能利用现状 |
1.2.2 生物质能利用技术简述 |
1.2.3 气化技术应用现状综述 |
1.3 流化床气化研究方法及相关研究现状 |
1.3.1 研究方法 |
1.3.2 气化特性的研究现状 |
1.3.3 气固流动特性的研究现状 |
1.3.4 气泡行为及传热传质的研究现状 |
1.4 本文的研究目的以及研究内容 |
1.4.1 研究目的 |
1.4.2 研究内容 |
第二章 数学模型的建立及模型验证 |
2.1 前言 |
2.2 控制方程 |
2.2.1 气相控制方程 |
2.2.2 固相控制方程 |
2.2.3 曳力模型 |
2.2.4 传热模型 |
2.3 化学反应动力学(子模型) |
2.3.1 干燥过程 |
2.3.2 热解过程 |
2.3.3 非均相反应 |
2.3.4 均相反应 |
2.4 本章小结 |
第三章 结构模型的建立及数值验证 |
3.1 前言 |
3.2 模型的建立 |
3.2.1 数值模拟对象 |
3.2.2 数值参数设置 |
3.2.3 边界条件及计算平台 |
3.3 数值验证 |
3.3.1 网格独立性验证 |
3.3.2 模拟验证结果及分析 |
3.4 本章小结 |
第四章 鼓泡床内生物质气化过程的研究 |
4.1 前言 |
4.2 宽筛分粒径条件对鼓泡流化床气化性能的影响及流动特性 |
4.2.1 反应器内整体气固特性 |
4.2.2 组分演变 |
4.2.3 气体分布云图 |
4.2.4 PSD对合成气含量的影响 |
4.2.5 PSD对轴向气体分布的影响 |
4.2.6 PSD对轴向温度分布的影响 |
4.2.7 气体浓度同固体颗粒浓度分布的关系 |
4.2.8 气化性能的综合评估 |
4.3 宽筛分粒径条件下鼓泡流化床内颗粒分离现象的研究 |
4.3.1 颗粒空间分离特性 |
4.3.2 温度和传热系数的空间分布 |
4.3.3 生物质组分的空间分布 |
4.3.4 耗散系数的分布 |
4.3.5 生物质停留时间分布 |
4.3.6 颗粒尺度信息 |
4.3.7 逸出生物质特性 |
4.4 宽筛分粒径条件下鼓泡床中上升气泡的动力学和热物性变化 |
4.4.1 气泡运动 |
4.4.2 上升速度 |
4.4.3 几何性质 |
4.4.4 气泡种类 |
4.4.5 物理性质 |
4.4.6 热物理性质 |
4.4.7 气泡内部与边界的性质比较 |
4.5 本章小结 |
第五章 全文总结 |
5.1 结论 |
5.2 创新 |
5.3 展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录 |
(6)壁流式DPF碳烟捕集及再生燃烧特性的数值模拟研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 柴油机排放法规及后处理技术 |
1.2.1 柴油机车排放法规介绍 |
1.2.2 柴油机机内净化技术及其缺陷 |
1.2.3 柴油机后处理技术概述 |
1.3 柴油机颗粒捕集器DPF技术概述 |
1.3.1 DPF捕集原理 |
1.3.2 DPF再生原理 |
1.4 DPF系统碳烟捕集及再生研究进展 |
1.4.1 试验研究现状 |
1.4.2 数值模拟研究现状 |
1.5 本文研究的主要目的与工作内容 |
第二章 数学模型和数值方法 |
2.1 控制方程 |
2.2 格子Boltzmann方法 |
2.2.1 格子Boltzmann方法的起源与发展综述 |
2.2.2 格子Boltzmann方法的应用 |
2.3 格子Boltzmann方法的理论基础与模型 |
2.3.1 BGK近似 |
2.3.2 从连续的Boltzmann方程到LBGK方程 |
2.3.3 格子Boltzmann方法的基本模型 |
2.3.4 从LBGK方程到N-S方程得Chapman-Enskog展开 |
2.4 格子Boltzmann方法的边界条件处理 |
2.4.1 反弹边界条件 |
2.4.2 Zou-He定值边界条件 |
2.4.3 周期性边界条件 |
2.4.4 充分发展边界条件 |
2.5 格子Boltzmann方法的计算步骤 |
2.6 本章小结 |
第三章 壁流式DPF中流动特性研究 |
3.1 DPF单通道物理模型的建立 |
3.2 DPF气相流动模型假设及边界条件设定 |
3.3 DPF气相流动数学模型 |
3.3.1 Lattice-Boltmann气相流动模型 |
3.3.2 单位转换方法及计算参数设定 |
3.4 计算模型验证 |
3.4.1 气相流动模型及代码正确性验证 |
3.4.2 网格独立性检验 |
3.5 计算结果分析 |
3.5.1 入口流速对DPF单通道内压力及流程分布的影响 |
3.5.2 孔隙结构对DPF单通道内压力及流场分布的影响 |
3.5.3 过滤器壁厚对压力及流场分布的影响 |
3.6 本章小结 |
第四章 壁流式DPF中颗粒沉积特性研究 |
4.1 颗粒沉积通道物理模型的建立 |
4.2 颗粒沉积模型假设及参数选取 |
4.3 气固两相模型 |
4.3.1 PM运动方程及LB-CA模型 |
4.3.2 颗粒碰撞与固体节点更新模型 |
4.3.3 气固两相流动模型的边界条件设定及计算步骤 |
4.4 气固两相流动模型的验证 |
4.5 计算结果分析 |
4.5.1 入口流速对颗粒沉积的影响 |
4.5.2 孔隙结构对颗粒沉积的影响 |
4.5.3 颗粒沉积对流场及压降的影响 |
4.6 本章小结 |
第五章 壁流式DPF再生燃烧反应特性研究 |
5.1 积碳Si C局部过滤器薄壁物理模型的建立 |
5.2 再生燃烧模型假设及参数取值 |
5.3 再生燃烧多场耦合模型 |
5.3.1 多组分浓度场与热格子Boltzmann模型 |
5.3.2 再生燃烧化学反应模型 |
5.3.3 边界条件的设定及计算步骤 |
5.4 多场耦合模型验证 |
5.5 计算结果分析 |
5.5.1 计算域中的气体流动,物质及温度传输 |
5.5.2 入口速度对再生燃烧的影响 |
5.5.3 入口温度对再生燃烧的影响 |
5.5.4 入口气体浓度对再生燃烧的影响 |
5.6 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 全文总结 |
6.2 工作展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读学位期间发表论文及参与科研项目情况 |
(7)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 |
(8)柔性片状物料气固耦合数值计算及机采茶鲜叶分选装置试验研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状与发展趋势 |
1.2.1 机采鲜叶分选方法和装备研究现状及发展趋势 |
1.2.2 柔性异形物料两相流研究现状及发展趋势 |
1.3 研究目标及内容 |
1.3.1 研究目标 |
1.3.2 技术路线 |
1.3.3 研究内容 |
1.4 本章小结 |
第2章 柔性片状物料两相流动数值计算方法研究 |
2.1 柔性片状物料两相流动数学模型 |
2.1.1 流体运动宏观连续控制方程 |
2.1.2 柔性片状物料控制方程 |
2.2 基于IB-LBM的柔性片状物料两相耦合方程求解 |
2.2.1 基于LBM的流体控制方程求解 |
2.2.2 柔性片状物料离散相控制方程求解 |
2.2.3 基于IBM的两相流动耦合力计算 |
2.2.4 柔性片状物料位置和速度更新 |
2.2.5 边界条件 |
2.3 柔性片状物料两相流动IB-LBM数值计算流程 |
2.4 IB-LBM程序验证 |
2.4.1 圆柱绕流数值计算 |
2.4.2 平板绕流数值计算 |
2.4.3 柔性片状物料两相流动数值计算 |
2.5 本章小结 |
第3章 机采鲜叶水平气流分选机理及试验研究 |
3.1 气流-机采鲜叶两相流动物理模型 |
3.1.1 机采鲜叶数学模型简化 |
3.1.2 气流-机采鲜叶两相流动模型 |
3.2 基于IB-LBM的气流-机采鲜叶两相流动数值计算 |
3.2.1 基于IB-LBM的两相流模型数值求解 |
3.2.2 边界条件 |
3.2.3 计算设置 |
3.3 机采鲜叶两相流动数值计算结果与分析 |
3.3.1 直径对运动特性的影响 |
3.3.2 雷诺数Re对运动特性的影响 |
3.3.3 雷诺数Re对机采鲜叶运动特性的定量分析 |
3.4 基于LBM的分选装置单相流场分析 |
3.4.1 机采鲜叶气流分选基本原理 |
3.4.2 几何模型和参数 |
3.4.3 计算结果分析 |
3.5 机采鲜叶气流分选试验研究 |
3.5.1 材料与方法 |
3.5.2 结果与讨论 |
3.6 本章小结 |
第4章 网带式机采鲜叶分选方法及作业机理研究 |
4.1 网带式机采鲜叶分选方法及工作原理 |
4.1.1 网带式机采鲜叶分选机构 |
4.1.2 机采鲜叶与网带分选机构相对运动分析 |
4.2 喂料提升装置物料卸载流动研究 |
4.2.1 斗式提升装置输运过程 |
4.2.2 模型构建与参数设置 |
4.2.3 仿真结果分析 |
4.3 网带式分选机构筛分机理研究 |
4.3.1 模型构建与参数设置 |
4.3.2 仿真结果分析 |
4.4 网带式机采鲜叶分选试验研究 |
4.4.1 材料与方法 |
4.4.2 结果与讨论 |
4.5 本章小结 |
第5章 网带式机采鲜叶分选装置研制 |
5.1 网带式机采鲜叶分选装置总体方案 |
5.2 网带筛孔结构设计 |
5.2.1 机采鲜叶在下落通道运动姿态 |
5.2.2 网带筛孔几何尺寸 |
5.3 网带式分选装置控制系统设计 |
5.3.1 控制系统通讯网络设计 |
5.3.2 控制系统硬件电路设计 |
5.3.3 人机交互界面设计 |
5.4 网带式分选装置原型样机研制 |
5.5 本章小结 |
第6章 机采鲜叶分选系统试验与优化研究 |
6.1 机采鲜叶品质等级标准 |
6.1.1 机采鲜叶物料组分质量分数 |
6.1.2 机采鲜叶物料品质等级 |
6.2 网带式机采鲜叶分选装置分选效果研究 |
6.2.1 材料与方法 |
6.2.2 结果与讨论 |
6.3 网带式机采鲜叶分选装置分选性能研究 |
6.3.1 材料与方法 |
6.3.2 结果与讨论 |
6.4 机采鲜叶分选装置参数优化 |
6.4.1 材料与方法 |
6.4.2 结果与讨论 |
6.4.3 最佳工艺参数与试验验证 |
6.5 气流分选-网带筛分组合式机采鲜叶分选试验 |
6.5.1 材料与方法 |
6.5.2 结果与分析 |
6.6 本章小结 |
第7章 总结与展望 |
7.1 总结 |
7.2 创新点 |
7.3 展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读学位期间的研究成果 |
(9)热解-气化耦合的两段气流床气化过程研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
主要符号说明 |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 研究内容 |
1.3 研究创新点 |
第2章 文献综述 |
2.1 气化技术概述 |
2.1.1 单段气化技术 |
2.1.2 两段气化技术 |
2.2 气化炉内固相反应特征 |
2.2.1 煤的热解反应特征 |
2.2.2 煤焦的气化反应特征 |
2.3 气化炉模拟研究进展 |
2.3.1 热力学平衡模型 |
2.3.2 一维动力学模型 |
2.3.3 三维数值模拟 |
2.3.4 降阶模型 |
2.4 焦油脱除方法 |
2.4.1 热裂解 |
2.4.2 催化裂解 |
2.4.3 物理分离 |
2.5 本章小结 |
第3章 神府烟煤快速加氢热解特性研究 |
3.1 实验部分 |
3.1.1 实验样品 |
3.1.2 实验装置 |
3.1.3 分析方法 |
3.1.4 滴管炉恒温区的测定 |
3.2 热解总产物分布 |
3.3 气体产物分布 |
3.4 焦油成分分析 |
3.5 煤焦结构表征 |
3.5.1 拉曼光谱分析 |
3.5.2 红外光谱分析 |
3.6 本章小结 |
第4章 煤热解综合模型研究 |
4.1 热解模型描述 |
4.1.1 两步竞争反应动力学模型 |
4.1.2 CPD热解模型 |
4.1.3 多步热解反应动力学模型 |
4.1.4 热解综合模型 |
4.2 结果与讨论 |
4.2.1 修正后的两步竞争反应动力学模型与CPD模型的比较 |
4.2.2 热解动力学模型的验证 |
4.2.3 挥发分组成预测结果的验证 |
4.3 本章小结 |
第5章 两段气流床气化炉二段炉内颗粒停留时间分布模拟研究 |
5.1 研究对象 |
5.2 模型介绍和求解方法 |
5.2.1 连续相模型 |
5.2.2 离散相模型 |
5.2.3 求解方法 |
5.3 模型验证 |
5.4 结构参数和操作参数对二段炉内颗粒停留时间分布的影响 |
5.4.1 结构参数的影响 |
5.4.2 操作参数的影响 |
5.5 本章小结 |
第6章 两段气流床气化炉数值模拟研究 |
6.1 研究对象 |
6.2 两段气流床气化炉数值模拟方法描述 |
6.2.1 两段气流床气化炉模拟控制方程 |
6.2.2 两段气流床气化炉内化学反应 |
6.3 模型验证 |
6.3.1 边界条件 |
6.3.2 结果验证 |
6.4 热解-气化耦合的两段气流床气化炉模拟研究 |
6.4.1 边界条件 |
6.4.2 炉内流动与反应特征 |
6.4.3 两段气流床气化炉的性能 |
6.4.4 氧煤比的影响 |
6.5 本章小结 |
第7章 热解-气化耦合的两段气流床气化系统过程模拟研究 |
7.1 模型描述 |
7.1.1 反应器模型 |
7.1.2 气化炉内化学反应模型 |
7.2 模型验证 |
7.2.1 计算条件 |
7.2.2 模型验证 |
7.3 一段气化室出口温度和蒸汽煤比对气化系统的影响 |
7.4 二次给氧对两段气流床气化系统的影响 |
7.4.1 炉内二次给氧工艺 |
7.4.2 炉外二次给氧工艺 |
7.5 本章小结 |
第8章 结论与展望 |
8.1 结论 |
8.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
博士在读期间发表论文、专利 |
(10)液固散式流态化特性的CFD模拟及实验验证(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 液固流化床内流体动力学特性 |
1.2.1 单颗粒曳力 |
1.2.2 空隙率函数 |
1.2.3 整体固含率与操作速度关系 |
1.2.4 床内颗粒运动特性 |
1.3 液固流化床流体动力学模型 |
1.3.1 双流体模型 |
1.3.2 颗粒动理学模型 |
1.3.3 相间曳力模型 |
1.4 液固流态化双流体模型CFD模拟 |
1.5 文献总结与研究内容 |
第2章 液固流态化实验及其整体固含率验证 |
2.1 引言 |
2.2 液固流态化实验 |
2.2.1 实验装置与原理 |
2.2.2 物性参数与操作条件 |
2.2.3 实验过程 |
2.3 结果及其验证 |
2.3.1 稳定流态化 |
2.3.2 床层动态过程 |
2.3.3 结果验证 |
2.4 小结 |
第3章 基于颗粒动理学理论双流体模型的液固流态化特性 |
3.1 引言 |
3.2 数学模型与模拟方法 |
3.2.1 流体动力学模型 |
3.2.2 模拟方法 |
3.3 无关性验证 |
3.3.1 网格无关性验证 |
3.3.2 时间步长无关性验证 |
3.4 稳定流化特性 |
3.4.1 算例描述 |
3.4.2 曳力模型的影响 |
3.4.3 颗粒动理学模型参数的影响 |
3.5 床层动态特性 |
3.5.1 算例描述 |
3.5.2 实验与模拟比较 |
3.5.3 曳力模型的影响 |
3.5.4 升力模型的影响 |
3.6 小结 |
第4章 基于简化双流体模型的液固流态化特性 |
4.1 引言 |
4.2 简化双流体模型及其验证 |
4.2.1 简化双流体模型 |
4.2.2 模拟方法 |
4.2.3 无关性验证 |
4.2.4 简化双流体模型验证 |
4.3 时均流动特性 |
4.3.1 床层膨胀高度 |
4.3.2 固含率径向分布特征 |
4.3.3 固相轴向速度的径向分布 |
4.4 基于整体固含率的曳力模型性能评价 |
4.4.1 时均整体固含率 |
4.4.2 曳力模型预测性能评价 |
4.5 小结 |
第5章 三种双流体模型预测液固流态化性能比较 |
5.1 引言 |
5.2 数学模型 |
5.2.1 Gidaspow无粘性A类双流体模型 |
5.2.2 模拟方法 |
5.3 结果与讨论 |
5.3.1 时均整体固含率 |
5.3.2 时均固相速度 |
5.3.3 固相均方根速度 |
5.3.4 各向异性系数 |
5.4 小结 |
第6章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的论文及其他成果 |
攻读博士学位期间参加的科研工作 |
致谢 |
作者简介 |
四、气固两相流动数值模拟及其非线性动力学分析(论文参考文献)
- [1]粗细颗粒流化床内流动结构与动力学研究[D]. 贾继斌. 中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所), 2021(01)
- [2]基于EMMS原理的双涡介尺度湍流模型及应用[D]. 郭舒宇. 中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所), 2021(01)
- [3]多中段溜井卸矿粉尘产运规律与控制技术研究[D]. 王亚朋. 北京科技大学, 2021(08)
- [4]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)
- [5]宽筛分粒径条件下鼓泡流化床内生物质气化过程的数值模拟研究[D]. 周涛. 昆明理工大学, 2021(01)
- [6]壁流式DPF碳烟捕集及再生燃烧特性的数值模拟研究[D]. 殷吉文. 广西大学, 2020(07)
- [7]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
- [8]柔性片状物料气固耦合数值计算及机采茶鲜叶分选装置试验研究[D]. 王荣扬. 浙江理工大学, 2020(06)
- [9]热解-气化耦合的两段气流床气化过程研究[D]. 高瑞. 华东理工大学, 2020(01)
- [10]液固散式流态化特性的CFD模拟及实验验证[D]. 张仪. 华北电力大学(北京), 2020(06)