气固两相流动与数值模拟

第47卷 第9期 热 力 发 电 Vol.47 No.9 2018年 9月 THERMAL POWER GENERATION Sep. 2018 收稿日期：2017-11-05 基金项目：国家自然科学基金项目(51436006) Supported by：National Natural Science Foundation of China (51436006) 第一作者简介：陈璟(1990—)，男，硕士，主要研究方向为多相流、金属材料的失效分析和理化检验，cj3424873@。 通讯作者简介：刘明(1985—)，男，博士，副教授，ming.liu@。 U型弯头内气固两相流动磨损特性数值模拟

陈 璟1，杨占君1，郑准备1，贺文健2，张 龙2，刘 明3 （1.中国大唐集团科学技术研究院有限公司西北分公司，陕西 西安 100097； 2.大唐彬长发电有限责任公司，陕西 咸阳 713602； 3.西安交通大学能源与动力工程学院，陕西 西安 710049） ［摘 要］在燃煤电站中，受外部空间所限，在管道布置中存在大量的U型弯头，这些U型管道中固体颗粒的流动是高雷诺数气固两相流，管壁的冲蚀磨损严重影响了火电厂安全可靠运行。本文采用计算流体力学的方法对U型管内气固两相流动磨损特性进行了研究，得到了管壁磨损分布特征以及颗粒在U型管内流动特点，研究了气流速度、颗粒浓度和颗粒尺寸对管壁磨损率的影响。结果表明：在研究参数范围内，管壁最大磨损率随气流速度呈指数增大，随颗粒浓度增大呈线性增大；颗粒直径增大也会加重管壁磨损。 ［关 键 词］气固两相流；U型弯头；磨损特性；气流速度；颗粒浓度；磨损率；数值模拟 ［中图分类号］TB126 ［文献标识码］A ［DOI编号］10.19666/j.rlfd.201711173

［引用本文格式］陈璟, 杨占君, 郑准备, 等. U型弯头内气固两相流动磨损特性数值模拟[J]. 热力发电, 2018, 47(9): 91-95. CHEN Jing, YANG Zhanjun, ZHENG Zhunbei, et al. Numerical investigation on erosion characteristics of U-type elbow suffering gas-solid two-phase flow[J]. Thermal Power Generation, 2018, 47(9): 91-95.

气固两相流论文：气固两相流流动参数检测方法研究

【中文摘要】随着科学技术的发展,气固两相流体系越来越广泛的存在于现代工农业生产中,如电厂发电、钢铁冶金、流化床反应装置中的气/固两相流以及粮食的气力输送等,它们都涉及到气固两相流体系。气固两相流各种流动参数的精确测量与实时监测都关系到生产过程的稳定运行以及产品质量的高低。由于气固两相流属于复杂流动体系,其流动参数的检测方法一直以来都是一项亟待解决的技术难题。电容层析成像技术以其非接触及可视化等优点成为目前两相流参数检测方法的研究热点。本文选择电容层析成像技术作为切入点进行了以下研究:首先,文章对电容层析成像技术进行了系统的分析与研究,并且利用大型有限元分析软件ANSYS建立了二维、三维立体模型,方便快捷的得出了仿真电容值,相比较于利用MATLAB或者VC编程的方法获得电容值缩短了开发时间并降低了开发成本。其次,通过对应用于电容层析成像技术中的典型的八电极结构传感器进行深入的分析与实验仿真,文章给出了此结构传感器的灵敏度分布,并且利用神经网络对实验管道内部的物像分布进行了图像重建。结果表明,八电极电容传感器没有均匀的灵敏场分布以及较高的灵敏度,这给图像重建的精确度造成了一定的影响。最后,为了...

【英文摘要】With the development of science and technology,

gas-solid two-phase flow systems are more and more widely

applied in modern industrial and agricultural production. For

example, power plant, ferrous metallurgical and fluid bed

第３５卷，总第２０４期　２０１７年７月，第４期　《节能技术》　ＥＮＥＲＧＹ　ＣＯＮＳＥＲＶＡＴＩＯＮ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　Ｖｏ１．３５，Ｓｕｍ．Ｎｏ．２０４　Ｊｕ１．２０１７，Ｎｏ．４　

格栅型煤粉分配器气固两相流的数值模拟　

刘富爽，赵军。胡寿根　（上海理工大学能源与动力工程学院，上海２０００９３）　

摘要：为掌握煤粉分配器内气固两相流的流动特性，降低风粉偏差，利用计算流体软件ｎｕ—　ｅｎｔ对格栅型煤粉分配器进行数值模拟，分析内部结构对分配器出口流动偏差和压降的影响，提高　锅炉运行效率，减少污染物排放，为锅炉的经济、稳定运行提供指导。结果表明，格栅两侧壁面受到　

冲刷严重；内部流动向外侧分支管倾斜；随着格栅数目的增加分配器的流动阻力逐渐增大．当格栅　数目增加到一定数量（８个）后，出口偏差不再减小；格栅的交错顺序影响分配器内部流动，且第一　级格栅对第二级格栅的流动产生很大影响。　

关键词：气固两相流；流动特性；煤粉分配器；数值模拟；经济运行　中图分类号：ＴＫ０１１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００２—６３３９（２０１７）０４—０３２６—０４　

Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｇａｓ——ｓｏｌｉｄ　Ｔｗｏ——ｐｈａｓｅ　Ｆｌｏｗ　

ｉｎ　Ｇｒｉｌｌｅ　Ｐｕｌｖｅｒｉｚｅｄ　Ｃｏａｌ　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｏｒ　

ＬＩＵ　Ｆｕ—ｓｈｕａｎｇ，ＺＨＡＯ　Ｊｕｎ，ＨＵ　Ｓｈｏｕ—ｇｅｎ　（Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｈａｎｇｈｍ　ｆｏｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００９０，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｍａｓｔｅｒ　ｔｈｅ　ｆｌｏｗ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｇａｓ—ｓｏｌｉｄ　ｔｗｏ—ｐｈａｓｅｓ　ｆｌｏｗ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｕｌｖｅｒｉｚｅｄ　ｃｏａｌ　

ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｏｒ，ａｎｄ　ｔｏ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｄｅｖｉａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｗｉｎｄ　ａｎｄ　ｐｏｗｄｅｒ，ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　Ｆｌｕｅｎｔ　ｔｏ　ｎｕ—　

价值工程

0引言微通道内可进行两相流体的混合、蛋白质的结晶、纳

米粒子合成、DNA分析等，这使得微通道内的流动问题成

为研究的热点，但微通道尺寸极小，用实验研究难度较大。

随着计算机技术的发展，数值模拟成为另一种研究微通道

内两相流动的重要手段。相场法是借助Cahn-Hilliard对

流方程，用自由能量描述两相界面，分离出两种不同的流

场。相场模型在使用非结构化网格或有限元技巧的模拟中

更容易实施，能够模拟能量耗散流动[1]。计算中不用对流场进行重新初始化，并且相关变量也有实际的物理意义、能

够较好的保证能量守恒。本文将借助经典算例和实际问题

来验证用相场方法模拟微通道内两相流动的可靠性。

1相场理论

自由能量密度为fmix（φ，塄φ）=12λ|塄φ|2+f0（φ），它表

示两相流体之间的相互作用，其中φ是相场变量，λ是混

合能量密度参数，ε是两相界面厚度。

对自由能量密度积分，得到自由能F=

v乙fmixdv。Van

derWaals假定平衡的相界面在自由能最小处，因此相界

面上满足δFδφ=0。

对于一维相界面，平衡的相界面是φ（x）=tanh

x2姨ε姨姨。混合能量密度、界面厚度和表面张力系数之间

满足σ=22姨λ3ε。

2控制方程将Cahn-Hilliard对流方程和结合NS方程，得到不可

压缩粘性层流流动控制方程：塄·v軆=0

鄣v軆鄣t+v軆·姨姨塄v軆=塄·-pρI+μρ塄v軆+塄v軆姨姨T姨姨鄣鄣+1ρF軋σ+g軆

鄣φ鄣t+v軆·塄φ=塄·（γ塄G軋軋軋軋軋軋軋軋軋軋軋軋軋軋軋軋軋），

式中，p是压强，ρ是密度，μ是动力粘性系数。表面张

力F軋σ=G塄φ=，G是化学势。离散相、连续相对应的φ值分

别是-1，1，因此两相界面就是φ从-1变化到1的区域。

3数值方法合理性验证计算中尖锐角点的保持是非常困难的，而旋转的

Zalesak盘是考察数值方法是否能够保持尖锐角点的经典算例。初始时刻在方形计算区域放入开口向下的缺口圆

盘，称此缺口圆盘为Zalesak盘，速度场为u=π（0.5-y），v=π