气固两相流动物理特性研究与数值模拟

实用节能技术

循环流化床锅炉气固流动特性的CPFD

数值模拟

史丹君，卢玫，唐昭帆

(上海理工大学能源与动力工程学院，上海200093)

摘要

：C

P

F

D

数值计算方法可有效解决三维空间内连续流体和大量颗粒的耦合计算问题，

利用该方法模拟研

究了某热电厂循环流化床锅炉炉膛内的气固流动特性，

采用WenYu-Ergun

模型，

得到炉膛的压力轴向分布与实

际测试结果吻合；

在此基础上分析颗粒的粒径、

浓度和速度沿轴向和径向的分布规律，

得到了炉内颗粒的流态

化流动形态和动力学特性。

模拟结果可为以后的锅炉运行提供实际指导经验。

关键词：

循环流化床；

气固流动；

CPFD

数值模拟

中图分类号：

TK224. 1 文献标识码

：A 文章编号：1004 -3950(2018)02 -0065 -07

CPFD simulation of gas-solid flow in circulating

fluidized bed boilers

SHI

Dan

-jun，LU

Mei，TANG

Zhao-fan

(

School

of

Energy

and

Power

Engineering

，University

of

Shanghai

for

Science

and

Technology

，Sh

Abstract %

CPFD

numerical

computation

method

can

effectively

solve

the

calculation

problem

of

coupling

continuous

flu­

id

and

a

large

number

of

particles

in

three

dimensional

spaces.

The

gas-solids

flow

lating

fliiidized

bed

boiler

furnace

in

a

thermal

power

plant

were

investigated

based

２２　ＦＬＵＩＤ　ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ　Ｖｏ１．３６，Ｎｏ．０２，２００８　

文章编号：　１００５－－－０３２９（２００８）０２—００２２—Ｏ５　

排粉风机内部气固两相流动特性研究　

李建锋　，吕俊复　，张海　，刘青　，岳光溪　

（１．中国电力企业联合会科技服务中心，北京１０００３８；２．清华大学，北京１０００８４）　

摘要：　采用通用计算流体力学软件Ｆｌｕｅｎｔ对某９—２６型风机内部气固两相流进行了三维数值模拟，模拟结果显示了　风机出口固相浓度的不均匀性，与实验测量结果一致。数值模拟表明，风机本身的离心力以及蜗壳内气流的夹带作用，　导致固体颗粒向风机蜗壳的外侧面、后侧面聚集，该现象可以用于改善风机出口的颗粒分离。　关键词：气固两相流；离心风机；数值模拟；计算流体力学　中图分类号：ＴＨ４３２　文献标识码：Ａ　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｏｆ　Ｐａｒｔｉｃｌｅ・－ｇａｓ　ＴＷｏ・－ｐｈａｓｅ　Ｆｌｏｗ　ｉｎｓｉｄｅ　ｔｈｅ　Ｃｏａｌ・－ｐｏｗｄｅｒ　Ｅｘｈａｕｓｔｅｒ　

ＬＩ　Ｊｉａｎ．ｆｅｎｇ　，ＬＶ　Ｊｕｎ—ｆｕ　，ＺＨＡＮＧ　Ｈａｉ　，ＬＩＵ　Ｑｉｎｇ　，ＹＵＥ　Ｇｕａｎｇ．ｘｉ　（１．Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｓｅｒｖｉｃｅ　Ｃｅｎｔｅｒ，Ｃｈｉｎａ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ　Ｃｏｕｎｃｉｌ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００３８，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｔｓｉｎｇｈｕａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００８４，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐａｎｉｃｌｅ－ｇａｓ　ｔｗｏ—ｐｈａｓｅ　ｆｌｏｗ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈ—ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ　ｂｌｏｗｅｒ　ｏｆ　９－２６ｔｙｐｅ　ｗａｓ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ｔｈｒｅｅ　ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｌｙ　

ｗｉｔｈ　ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ　ｆｌｕｉｄ　ｄｙｎａｍｉｃｓ　Ｆｌｕｅｎｔ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈｅ　ｉｎｈｏｍｏｇｅｎｅｉｔｙ　ｏｆ　ｐａｎｉｃｌｅ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ａｔ　ｏｕｔｌｅｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｘｈａｕｓｔｅｒ．ｗｈｉｃｈ　ａｇｒｅｅｓ　ｗｅｌ１　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ．Ｐａｎｉｃｌｅｓ　ｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ　ｎｅａｒ　ｔｈｅ　ｏｕｔｓｉｄｅ　ａｎｄ　ｒｅａｒ　ｓｉｄｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｖｏｌｕｔｅ　ｃａｓｉｎｇ　ｉｓ　ｃａｕｓｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ　ｆｏｒｃｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｆｌｏｗ　ｅｎｔｒａｉｎｍｅｎｔ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓ　ｐｈｅｎｏｍｅｎａ　ｃｏｕｌｄ　ｂｅ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｐａｒｔｉｃｌｅｓ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ａｔ　ｔｈｅ　ｏｕｔｌｅｔ　ｏｆ　ｆａｎ．　

气液两相流动模型的建立和优化

随着科学技术的发展和应用范围的扩大，气液两相流动的研究和优化已成为工业界和学术界的热门议题。然而，想要建立一个可靠的气液两相流动模型并不容易。本文将从模型建立和优化两个方面探讨气液两相流动模型的研究进展。

一、模型建立

1.动态行为建模

气液两相流动模型的建立要从其动态行为入手。以液滴运动为例，液滴与气相之间的交互会导致其运动状态的变化，其中液滴周围的气流是影响其运动的关键因素之一。因此，模拟液滴与气相的相互作用是建立气液两相流动模型的必要条件之一。

2.液相建模

液相在气液两相流动中所扮演的角色十分重要，液相建模是建立气液两相流动模型的核心之一。其中，两相流的流量分布和液滴分布等问题都需要液相建模来解决。通过数学模型对液相的流动进行分析，有助于了解液相的动态行为和其对其他因素的影响。

3.气相建模 气相在气液两相流动中的作用主要体现在气流的形成和传输上。根据气相的动态行为建立模型可以帮助我们准确预测气相的影响，更好地理解气液两相流动。

二、优化模型

1.精度的优化

模型的精度是模型优化的关键。在建立的模型中，精细化的模拟是精度优化的核心所在。通过模拟的方式检验模型的准确性，同时加强与实际工程的联系，进一步提升模型的可靠性。

2.效率的优化

模型的效率也是模型优化需要关注的重点。透彻了解模型的特征和模型的预测时间之间的相关性是提升模型效率的基石。通过寻找可供优化的关键节点，改进模型对于动态变化的更快的反应时间，大大提高了模型的效率。

3.实时性的优化

实时性的优化更多的是针对某些特殊的工业环境和应用场景而言。在模型的建立和优化过程中，需要着重保障模型的实时性。实时性的优化除了精度和效率外，还需要考虑动态响应和运行能力等问题。

结语 气液两相流动模型的建立和优化虽然需要在数学物理等方面投入大量的工作，但是这个模型的实际应用非常广泛。通过对其研究，我们可以更好地理解气液两相流动特征，更好地预测和调节流动行为。随着科技的不断进步和应用研究的不断深入，相信气液两相流动模型会不断发展完善，并在实际应用中发挥巨大的作用。

大　庆　石　油　学　院　学　报　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＤＡＱＩＮＧ　ＰＥＴＲＯＬＥＵＭ　ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ　第３５卷　第３期　２０１１年６月　Ｖｏ１．３５　Ｎｏ．３　Ｊｕｒ１．　２０１１　

基于双欧拉模型的流化床气固两相流场数值模拟　

朱　博　，王　强　，郭慧军　，张潇玲　，杜明俊。　

（Ｌ辽宁石油化工大学化学与材料科学学院，辽宁抚贩１１３００ｌ；　２．中国石油集团工程设计有限责任公司华北分公　司，河北任丘０６２５５２）　

摘要：为解决低流化风速下采用Ｓｙａｍｌａｌ－Ｏ’Ｂｒｉｅｎ曳力模型计算流化床内流化过程误差较大的问题，选择曳力模　型预测初始最小流化条件，结合实验数据，修正Ｓｙａｍｌａｌ—Ｏ’Ｂｒｉｅｎ曳力模型，并采用双欧拉模型对均匀床内低速气固两相　流场进行数值计算．结果表明：修正Ｓｙａｍｌａｌ—Ｏ’Ｂｒｉｅｎ曳力模型计算结果略小于实验结果，最大相对误差为４．４　，但轴向　压降变化趋势相同，能够满足工程实际要求，可以描述低速气固两相流动相互作用物理过程．　关键词：流化床；两相流；双欧拉模型；数值计算　中图分类号：ＴＱ５４５　文献标识码：Ａ　文章编号：１０００～１８９１（２０１１）０３—０１０４—０５　

０　引言　

目前，对流化床床层内复杂动力学特性的研究，虽然取得一定的进展，但存在许多问题，如气固相间曳　力的选择、颗粒相间作用机制、边界条件处理、湍流模型选取等，研究大多依赖经验技术和半经验理论．随　

着计算机科学及数值分析的不断发展，逐渐形成气固两相流动数值模拟学科，预报流化床工作的全过程，　并为工程流态化装置的优化和放大设计提供一种新的手段．　人们对气固流化床内两相流场进行研究口　］，并取得一些有意义的成果．Ａｌｄｅｒ　Ｂ　Ｊ等　］首次在分子　

系统相间扩散数值模拟中提出硬球模型．Ｍｏｏｎ　Ｓ　Ｊ等　采用数值方法研究三维振动流化床中黏性颗粒的　动力学行为，并发现瞬时振动产生的巨大张力有助于降低黏性颗粒形成的聚团．何成铨Ｌ６　等研究细粉催