稠密氣固兩相流氣力輸送流型的數(shù)值模擬研究.pdf

1、大規(guī)模高效煤氣化技術(shù)是潔凈煤技術(shù)的重要領(lǐng)域，加壓超濃相煤粉氣力輸送是其關(guān)鍵技術(shù)之一。加壓超濃相氣力輸送系統(tǒng)內(nèi)固體顆粒相濃度高、輸送氣速較低、流動(dòng)形態(tài)復(fù)雜等，目前對(duì)其輸送機(jī)理和一些相關(guān)流動(dòng)特性規(guī)律，特別是對(duì)其輸送流型及變化規(guī)律的研究比較少、認(rèn)識(shí)還不夠成熟，對(duì)其研究具有極其重要的意義。本文采用試驗(yàn)研究、數(shù)值模擬、理論分析為主要研究手段，探討水平管加壓超濃相氣力輸送出現(xiàn)的流型及其變化規(guī)律。
　　通過(guò)試驗(yàn)手段研究超濃相石英砂氣力輸送過(guò)程中

2、出現(xiàn)的流型，然后改變輸送條件研究不同表觀氣速、不同石英砂質(zhì)量流量和不同石英砂粒徑下的輸送流型及其變化規(guī)律。結(jié)果表明：實(shí)驗(yàn)研究過(guò)程中獲得了栓塞流、沙丘流、沉積層流以及懸浮流等一些典型密相輸送流型。在表觀氣速較低或者石英砂質(zhì)量流量較大時(shí)，栓塞流為主導(dǎo)流型，栓塞出現(xiàn)頻率較高，其他流型出現(xiàn)頻率較??；增大表觀氣速或者減小石英砂質(zhì)量，栓塞出現(xiàn)的頻率減小，沙丘流、懸浮流出現(xiàn)的頻率增大，輸送系統(tǒng)的穩(wěn)定性變好。此外，在相同輸送條件下輸送物料粒徑更大時(shí)，栓

3、塞流、沙丘流等低速?gòu)?fù)雜流動(dòng)狀態(tài)更容易出現(xiàn)，輸送穩(wěn)定性也更差些。
　　針對(duì)目前超濃相氣固兩相流數(shù)值模擬所存在的一些關(guān)鍵問(wèn)題，本文提出了一種描述固相內(nèi)部相互作用對(duì)顆粒運(yùn)動(dòng)影響的新數(shù)學(xué)模型。采用該模型對(duì)水平管超濃相石英砂氣力輸送進(jìn)行二維數(shù)值模擬研究，將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，定性上驗(yàn)證模型可行性及優(yōu)越性。結(jié)果表明：模擬獲得了與實(shí)驗(yàn)結(jié)果較為一致的栓塞流、沙丘流、沉積層流以及懸浮流輸送流型。表觀氣速較小時(shí)，輸送流型為栓塞流，栓塞出現(xiàn)頻率較大

4、，其他流型出現(xiàn)頻率較??；增大表觀氣速，栓塞頻率逐漸減小甚至消失，取而代之的是沙丘流、沉積層流以及懸浮流，模擬獲得流型變化趨勢(shì)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果較為一致，表明本文提出的新數(shù)學(xué)模型具有一定可行性。因此，本模型可以對(duì)“μm”級(jí)粉體顆粒的工業(yè)實(shí)際規(guī)模連續(xù)加料超濃相氣力輸送過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬。
　　采用該模型對(duì)水平管加壓超濃相煤粉氣力輸送進(jìn)行二維數(shù)值模擬研究，預(yù)測(cè)表觀氣速、煤粉粒徑、固氣比等操作參數(shù)對(duì)加壓超濃相煤粉氣力輸送流型的影響及其變化規(guī)律，從而

5、為大規(guī)模加壓超濃相煤粉氣力輸送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供理論依據(jù)。結(jié)果表明：隨著表觀氣速的減小、煤粉粒徑的增大或者固氣比的增大，水平管加壓超濃相煤粉氣力輸送主要流型特征將由沉積層流變化為沙丘流，再由沙丘流進(jìn)而演變?yōu)樗ㄈ?。表觀氣速較小時(shí)，流型高度變化范圍較大；而當(dāng)粒徑較大或者固氣比較大時(shí)，流型高度變化范圍較大，此時(shí)對(duì)應(yīng)輸送流型以栓塞流為主。采用Std/Mean值來(lái)量化系統(tǒng)輸送波動(dòng)性，Std/Mean值越大系統(tǒng)的波動(dòng)性也越大，Std/Mean值

6、隨著表觀氣速、煤粉粒徑或加料固氣比的增大均是呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。
　　對(duì)截面流型高度信號(hào)功率譜分析表明，表觀氣速較小、煤粉粒徑較大或固氣比較大時(shí)，顆粒波動(dòng)出現(xiàn)一個(gè)明顯主頻，顆粒波動(dòng)幅值較大；輸送粒徑較小時(shí)顆粒輸送較容易發(fā)生多尺度脈動(dòng)，而在粒徑較大時(shí)發(fā)生單一脈動(dòng)；隨著表觀氣速增大、固氣比的減小，顆粒波動(dòng)主頻逐漸變得不明顯甚至消失，顆粒波動(dòng)幅值也變小。對(duì)各工況的栓塞流統(tǒng)計(jì)分析表明，表觀氣速較小時(shí)長(zhǎng)栓、中等長(zhǎng)度栓塞出現(xiàn)可能性較大，而