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气固流化床两相流动的CFD模型研究和实验验证

作　者: 汪琦
导　师: 靳世平
学　校: 华中科技大学
专　业: 工程热物理
关键词: 气固流化床 CFD模型冷态实验 CO2/O2
分类号: TK12
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 22次
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内容摘要

计算流体力学（CFD）方法以其成本低、使用方便等优点广泛应用用气固流化床的流动研究中。由于气固流化床的两相流流动研究中可以使用的CFD模型较多，为了选择适合该气固流化床的CFD模型以期对后续的传热、燃烧研究提供依据，本文在同一气固流化床模型中使用不同的CFD模型进行单一变量的研究，并分析了各个模型对两相流流动的影响；为了验证数值模拟结果的准确性，也在95KW气固流化床实验台架上进行了一系列的冷态实验，获得的实验数据用来与不同模型下得到的气固两相流动特性进行比较。本文通过使用欧拉-欧拉方法对气固流化床内的两相流动情况进行模拟，使用的软件为Fluent6.3。用来比较的CFD封闭模型包括曳力模型（Drag force model）、碰撞恢复系数（Restitution coefficient）、湍流模型（Turbulence model）、固体粘度模型（Granularviscosity model）和径向分布函数模型（Radial distribution function）。比较分析的结果表明在各个封闭模型中，不同的径向分布函数模型对计算结果影响最小。由于该气固流化床承担着将富氧燃烧技术应用于流化床中的科研任务，因此在完成对不同封闭模型的分析之后，本文分析了不同初始床高和CO₂/O₂混合比例对气固两相流动的影响。CO₂/O₂混合气体的密度和动力粘度改变对两相流动的影响较为明显。封闭模型和运行参数的不同对气固流化床流动的影响主要是从以下几个方面进行比较：无量纲分析、床层压降、膨胀高度、空隙率以及颗粒速度等。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
1.绪论  8-14
  1.1 流化床概述  8-10
  1.2 气固流化床的数值模拟计算与实验研究进展  10-12
  1.3 本课题研究的意义及内容  12-14
2. 气固两相流的数值计算模型介绍  14-25
  2.1 气固两相流欧拉-欧拉方法  14-15
  2.2 颗粒动力学理论模型  15-22
  2.3 湍流模型  22-25
3. 实验装置、方法和结果  25-38
  3.1 实验台架简介  25-28
  3.2 冷态实验结果分析和理论计算  28-36
  3.3 本章小结  36-38
4. 气固流化床的 CFD 模型研究  38-59
  4.1 问题的描述和几何模型的建立  38-41
  4.2 模型的选择对气固流化床数值模拟计算的影响  41-58
  4.3 本章小结  58-59
5.运行参数对气固流化床的影响分析  59-67
  5.1 初始床层高度的影响  59-61
  5.2 CO_2/O_2 混合气体的影响  61-66
  5.3 本章小结  66-67
6. 全文总结  67-69
  6.1 结论  67-68
  6.2 展望  68-69
致谢  69-70
参考文献  70-74

气固流化床两相流动的CFD模型研究和实验验证

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