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流化床中颗粒流化运动的直接数值模拟X袁竹林(东南大学热能工程研究所,南京210018)摘 要:流化床燃煤锅炉对环境污染小的原因之一是在燃烧时向炉内加入脱硫剂,脱硫剂与煤颗粒一起沸腾流化,相互充分接触,脱硫剂对燃烧过程中产生的硫化物进行反应吸收。
由于喷入炉内的脱硫物质在粒径和密度上通常与煤颗粒不同,在流化区域上也存在差异。
为了了解不同粒径和密度颗粒在流化床内的运动规律,达到高效、经济的脱硫效果,采用直接数值模拟方法,对粒径和密度呈正态分布的物料在流化床内的流化运动区域进行了研究,得到了相关的结论。
关键词:流化床;颗粒流化区域;直接数值模拟中图分类号:T K229.66 文献标识码:A 文章编号:1006-8740(2001)02-0120-03Study on Fluidized Region of Particles Using Direct Simulation MethodYUAN Zhu-lin(T her mal Ener gy Eng ineer ing R esear ch Inst itute,So utheast U niver sity,N anjing210018,China)Abstract:Since fluidized bed boiler s have the advantag es o f high co mbustion efficiency and low env ir onmental pollu-tion,develping fluidized bed bo ilers has receiv ed ex tensiv e attentio n.T he physical pr o per ties o f desulphurizing ma-ter ials are usually differ ent fro m coal pa rticles in diam eter and density.In or der to desulphur ize efficiently and eco-nomically,it is significant to study t he fluidized r egion o f bed mat eria ls w it h differ ent diameter s and densities.In t his paper,the fluidized r eg io ns o f par ticles w it h differ ent diamet ers and densit ies wer e st udied using the dir ect nu-mer ical simulation metho d,and r elev ant co nclusions w ere draw n out.Keywords:fluidized bed;par ticle fluidized reg io n;direct numer ical simulation 流化床燃煤锅炉在燃煤时向炉内喷入脱硫剂(如石灰石),经流化床内颗粒间激烈沸腾混合,脱硫剂与燃烧产生的硫充分接触和反应吸收,以脱硫。
流化床干燥设备中热风流态行为的数值模拟在流化床干燥设备中，热风的流态行为对于设备的干燥效率和运行稳定性起着关键作用。
为了更好地理解和优化这种热风的流态行为，数值模拟成为了一种有效的工具。
本文将着重讨论流化床干燥设备中热风流态行为的数值模拟方法和研究进展。
数值模拟是一种基于物理规律和数学模型的计算方法，它可以模拟和预测现实过程中的流体行为。
在流化床干燥设备中，数值模拟可以帮助我们了解和优化热风的流态行为，包括颗粒的运动、颗粒与热风之间的传热与传质过程等。
一种常用的数值模拟方法是计算流体力学（CFD），它基于Navier-Stokes方程和质量、能量守恒方程等基本方程，通过离散化和求解这些方程，可以得到流体的速度场、温度场、浓度场等信息。
在流化床干燥设备中，CFD的数值模拟可以模拟热风和颗粒之间的相互作用，精确地预测热风的流态行为。
在进行数值模拟前，我们首先需要对流化床干燥设备中的热风流态行为进行建模。
这包括确定流化床的几何形状和尺寸、热风的入口条件、颗粒的物性参数等。
根据实际情况和研究目的，我们可以选择不同的数学模型和边界条件。
一般来说，数值模拟中的计算网格需要细化在关注区域，以获得更准确的结果。
接下来，我们可以使用适用的CFD软件对热风流态行为进行数值模拟。
在模拟过程中，我们可以根据需要考虑不同的物理过程和作用力，如重力、浮力、湍流等。
通过求解Navier-Stokes方程和能量守恒方程，我们可以获得热风的速度场、温度场、浓度场等信息。
通过数值模拟，我们可以获得热风流态行为的详细信息，包括颗粒的运动轨迹、颗粒与热风之间的热传递和传质过程等。
这些信息可以用来优化流化床干燥设备的设计和操作参数，提高干燥效率和产品质量。
同时，数值模拟还可以帮助我们预测和解决一些潜在的问题，如颗粒聚结、堵塞等。
在实际应用中，数值模拟还可以结合实验和现场观测来验证和改进模型的准确性。
通过与实际情况的对比，我们可以评估数值模拟的可靠性，并对模型进行修正和改进。
外场作用下流化床中气固两相流动数值模拟气固两相流化床已广泛应用于能源、化工、制药、石油等领域。
为了改善流化床的流化质量,通常采用对颗粒表面进行改性或者加入外能量场的方法,消除流化过程中出现的气固混合不均匀、扬析、沟流、颗粒损失等现象。
目前常用的外能量场有振动场、磁场、声场、电场等。
随着计算机性能的提高,离散元方法(DEM)在稠密气固两相流动数值模拟中得到广泛应用。
研究结果较好地复现了实际颗粒流化过程,预测了颗粒流动机理。
本文将对振动场、磁场和声场作为外加能量场的流化床内气固两相流动特性进行数值模拟,从宏观运动和受力分析角度研究外场对气固流动的影响。
采用Euler-Lagrange方法模拟气体和颗粒流动,颗粒碰撞采用软球模型。
同时考虑外场对颗粒受力的影响,建立不同外场作用下颗粒运动模型。
采用FORTRAN语言,自行编写计算程序。
为减小数值模拟运算量,在颗粒搜索方式上采用了定区域升序搜索,以提高运算速度。
通过上述模拟方法对外场作用下的流动现象进行复现,讨论了不同参数对气固流化特性的影响。
对于振动辅助气固流化床,考虑床体振动引起布风板所在的计算网格中心位置变化对空隙率和气体压力计算的影响,建立了振动辅助气固流化床的Euler-DEM计算模型,数值模拟研究床体竖直振动(整床振动)流化床中气体-颗粒流动过程。
研究振动幅值和振动频率对颗粒速度、浓度分布等的影响,分析振动能量从布风板传入气固两相流体的传播机理。
数值模拟发现,布风板振动导致布风板表面形成周期的低颗粒浓度区,振动空隙的出现促使床层内大气泡生成。
沿床高形成了受振动空隙影响的近布风板低颗粒浓度区域、床层中部高浓度区域和床层表面的过渡区域。
随着振动幅值和振动频率增加,平均颗粒浓度、颗粒速度、曳力径向分布都趋于均匀。
随布风板振动床层气体压力和气体压降均呈现周期振荡,由快速傅立叶变换(FFT)得到的气体压力波传播速度随振动频率增加而增大。
布风板产生的振动能量主要通过:(1)在布风板加速运动周期中布风板与颗粒之间的非弹性碰撞作用;(2)布风板减速运动周期中由气体压力波传递给床内气体-颗粒两相流体。
摘要摘要流化床燃烧技术作为一种清洁煤燃烧技术，已经被广泛应用于生产。
但由于流化床内流动的复杂性，人们对其工作机理并没有清楚全面的认识。
为更深入研究流化床气固流动机理，本文采用数值模拟方法对不同射流孔数流化床流动特性进行模拟。
气固两相流数值模拟技术可以分为两大类：即欧拉—欧拉颗粒拟流体模型和欧拉—拉格朗日离散颗粒模型。
本文采用欧拉—拉格朗日模型从颗粒水平上建立流化床内气固流动数学模型，并对流化床内流动过程进行模拟,对气固流动特性进行了分析。
首先采用离散单元法对床内流动特性进行了数值模拟，分别模拟得到单孔、双孔分布板中气泡的形成、上升、破裂的过程，同时给出了不同入射流速对流动特性的影响。
模拟结果表明：颗粒随气体的运动而运动，气体运动是颗粒运动的主要动力源，相对单喷口系统，由于相邻气泡之间存在横向和纵向双方向的的聚并，挤压，破裂等现象，因此双喷口系统中床层内颗粒的运动和扩散作用也更加强烈。
随后，在单双喷口模拟的基础上，对多喷口射流流化床系统进行模拟，通过分析喷口个数、喷口位置、进气速度、颗粒密度、弹性系数等对气固流动的影响，对比单双喷口系统，认为进气孔数的增加时，弹性系数是颗粒之间的“互锁”现象的主要影响因子；随着进气孔数的增大，颗粒与气体的混合作用也就越强烈，流化床进入充分流化阶段的时间也越短；同时，喷气孔密集程度对气固垂直、水平速度也有较大的影响，速度随密集程度的增大而增大，气固流动程度随密集程度的增大而加深。
关键词：循环流化床；流动特性；多孔；数值模拟华北电力大学硕士学位论文AbstractAs a new clean-burning technology,circulating fluidized bed(CFB) has being widely used in the production.But because of its complex nature, people don’t have clear and comprehensive understanding of fluidization mechanism. To get a more in-depth study of the mechanism of fluidized bed, hydrodynamics characteristics of fluidized bed with different nozzle count was researched with numerical simulation method in this paper.Numerical simulation technology for dense gas-solid flow could be divided into two categories: the Euler-Euler particles quasi-fluid model and Euler-Lagrangian discrete particle model. In this paper, the discrete element method was used, a description of the fluidized bed gas-solid flow was build, and simulated the progress of gas-soild flow, analysis the dynamic characteristics.First，discrete element method was proposed to implement numerical simulation of flow characteristics in fluidized bed,through the simulation,the prograss of conformation,ascension and burst of bubble was obtained,the effect of flow characteristics in different entrance velocity was also revealed.Numerical simulation results show that particle move with gas,the motion of gas was the main power source of particle,relative to single-nozzle system,because of the mergence,extrusion and burst between congenial bubbles,the motion and the diffusion was more fierce in double-nozzles system.Secondly, on the basis of the single and double nozzles simulation, the multi-nozzle fluidized bed system was simulated, through the analysis of the impact of the nozzle number, the nozzle position, the gas velocity, particle density, the coefficient of elasticity of solid flow, contrast with single and double nozzle system, with the increase in the number of nozzle, the coefficient of elasticity was the main factors affecting the phenomenon of "interlock" between particles; with the increase of the number of inlet holes, the time of changing into full flow stage was shorter; also, the intensive of nozzles impacted the vertical and the horizontal velocity of the particles and gas,the degree of gas-solid flow intensity and the velocity increase with the increase of intensive.Keywords:circulating fluidized bed; dynamic characteristics; multi-nozzle;numerical simulation目录摘要 (I)Abstract ............................................................................................................................... I I 目录 (III)第1章绪论 (5)1.1 选题背景及意义 (5)1.2 气固流态化系统的组成及其分类 (6)1.3 气固流态化的研究方法 (6)1.3.1 两相模型 (7)1.3.2 欧拉方法的颗粒相拟流体模型 (7)1.3.3 欧拉-拉格朗日法的颗粒轨道模型 (8)1.4 流化床DEM法研究进展 (9)1.5 本文主要研究内容 (11)第2章流化床气固两相流动DEM模拟数学模型 (12)2.1离散单元法原理 (12)2.1.1 时间步长的确定 (12)2.1.2 颗粒运动控制方程 (13)2.1.3 颗粒碰撞力学模型 (14)2.1.4 碰撞对象的搜索算法 (15)2.2 流体相数学模型及求解方法 (16)2.2.1 流体相数学模型 (16)2.2.2 流体相控制方程组的求解 (19)2.3 气固两相相互作用力分析 (23)2.3.1 气体对颗粒的作用力 (23)2.3.2 颗粒对流体的反作用力 (25)2.4 本章小结 (26)第3章循环流化床气固流动特性的数值模拟 (27)3.1 自由堆积过程模拟 (27)3.2单孔射流流化床流动过程模拟 (30)3.3双孔射流流化床流动过程模拟 (34)第4章多喷口流化床气固流动特性模拟 (39)4.1 三孔射流模拟对象及参数设定 (39)4.1.1 弹性系数对流动情况的影响模拟 (40)4.1.2 不对称喷口布置对流动过程影响模拟 (45)4.2四孔射流流化床模拟 (50)4.2.1模拟对象及参数设定 (50)4.2.2四孔射流模拟结果 (51)4.3本章小结 (54)第5章全文总结及展望 (56)5.1 全文工作总结 (56)5.2 下一步工作展望 (56)参考文献 (58)攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果 (62)第1章绪论1.1 选题背景及意义在“绿色发展，建设资源节约型、环境友好型社会”这一“十二五”规划的要求与倡导下，作为世界上最大的能源消费国之一，能源与环境问题成为我国所必须面对的重要问题，在我国的一次能源消费比例中，煤炭资源高达70%左右，预计到2050年，这一比例依然会在50%以上，可以说，煤炭资源是我国最主要的能源，但我国煤炭的重要特点之一是高硫煤所占比例较高，导致燃烧大量产生SO2，2010年全国第一次污染源普查公告显示，电力热力的生产和供应业SO2排放量为1068.70万吨，NO X排放量为733.38万吨[1]。
流化床干燥设备中物料粘流行为的数值模拟流化床干燥设备是一种广泛应用于化工、食品、医药等领域的重要设备。
在流化床干燥过程中，物料粘流问题一直是制约设备性能和干燥效果的关键因素之一。
因此，对物料粘流行为进行准确的数值模拟具有重要的理论指导和工程应用价值。
各种不同性质的物料在流化床干燥过程中，由于其颗粒间作用力和干燥气体的流动引起的剪切力的存在，往往会产生粘流现象。
这种粘流行为严重影响了物料的流动性和干燥速度，甚至会导致设备淤积、堵塞、结块等问题。
因此，了解和预测物料在流化床中的粘流行为对于设计高效、稳定的流化床干燥设备至关重要。
数值模拟是研究流化床干燥设备中物料粘流行为的一种重要方法。
通过建立适当的物料颗粒力学模型和流体动力学模型，可以对物料在流化床中的运动和颗粒间相互作用进行模拟和预测。
在数值模拟中，常用的方法包括离散元法（DEM）、计算流体力学（CFD）、耦合DEM-CFD方法等。
离散元法（DEM）是一种基于颗粒间相互作用的方法，它通过考虑颗粒之间的碰撞和力学相互作用，模拟物料颗粒在流化床中的运动和变形。
DEM方法可以考虑物料颗粒间的接触力、弹性力、摩擦力等，从而准确预测颗粒运动和粘流行为。
通过DEM方法，可以对不同粒径、形状、密度等特性的物料在流化床中的流动性进行评估和优化。
计算流体力学（CFD）是研究流体流动和传热过程的一种数值模拟方法。
在流化床干燥设备中，CFD方法可以用来模拟干燥气体的流动和物料颗粒的运动。
通过建立流化床干燥设备的几何模型和物理模型，采用适当的流体动力学方程和边界条件，可以对物料颗粒的粘流行为进行准确预测。
CFD方法还可以考虑不同的操作参数对粘流行为的影响，优化流化床干燥设备的设计和运行参数。
耦合DEM-CFD方法是将DEM和CFD方法相结合的一种数值模拟方法，通过对物料颗粒和干燥气体的耦合模拟，可以更加准确地预测物料的粘流行为。
在耦合DEM-CFD方法中，DEM模拟可以用来预测物料颗粒的运动和相互作用，CFD模拟可以用来模拟干燥气体的流动和传热。
摘要*流化床在工业上的广泛应用使得稠密气固两相流动成为多相流研究领域的一个重要方向。
国内外已经进行了大量的实验和理论研究，但是由于气固流动的复杂性和流动机理尚未清楚的认识，故以实验为主的传统方法受到了很大限制。
近年来随着计算机技术的飞速发展，气固两相流动数值模拟正成为研究稠密气固两相流动的重要手段。
针对稠密气固两相流的数值模拟技术可以分为两大类：即欧拉—欧拉颗粒拟流体模型和欧拉—拉格朗日离散颗粒模型。
本文采用欧拉—拉格朗日离散单元法在颗粒水平上建立了一套描述流化床内气固流动、传热和燃烧的数学模型，并设计了模拟流化床内流动与燃烧的数值模拟程序。
首先本文对单孔射流流化床内的气固流动进行了数值模拟，得到了床层压降曲线和不同射流速度下的床层高度、气泡产生频率和气泡在床层内的上升速度，反映出流化床内的气固流动存在拟序结构。
另外，模拟得到了床内的气固流动速度，揭示出单孔射流流化床内存在强烈的颗粒返混和内循环现象。
并对颗粒参数改变对气泡特性的影响作了敏感性分析。
然后，在颗粒水平对流化床内的煤燃烧和传热特性进行了数值模拟，得到了床内的温度场、各燃烧组分的浓度场、颗粒升温曲线和四种颗粒传热量曲线，模拟表明了流化床内的气固流动和燃烧特性存在强烈的空间和时间非均匀性。
并对颗粒参数改变对燃烧与传热特性的影响作了敏感性分析。
最后对全文工作进行了总结和展望。
关键词：流化床气固两相流动离散单元法煤燃烧传热特性*本文受国家自然科学基金《循环流化床锅炉颗粒团燃烧行为研究》资助，项目批准号：5007615AbstractThe wide application of fluidized bed in industry made the hydrodynamic of dense gas-solid two-phase flow become an important research field of multiphase flow. A great deal of experiments and theoretical studies have been carried out all over the world. But due to the complicated effect factors and not yet clarifying the mechanism of two-phase flow, so the traditional experimental method is limited on certain extent. With the rapid development of computer technology, the computer numerical simulation of dense gas-solid two-phase flow has become an important research means.At present, the methods used to simulate dense gas-solid two-phase flow can be divided into two categories: Eulerian-Eulerian approach and Eulerian- Lagrangian discrete particles approach. In this paper, Eulerian-Lagrangian approach is used to establish a serial of models to simulate the gas-solid flow, heat transfer and coal combustion in fluidized bed at particle level. And a CFD-DEM numerical code has been developed.Firstly, the single spouted fluidized bed was simulated and acquired the pressure drop line. The height of solid bed, the generating frequency of bubble and the ascending velocity of bubble at different spouted gas velocity were also obtained. And the quasi-ordering structure in fluidized bed was observed. Besides, the distribution of gas and particle velocities was obtained. The velocity distribution indicated that there is phenomenon of intensive particle back-mixing and internal recycle. A sensitivity analysis was carried out on effects to bubble characteristics due to different particle parameters.Afterwards, the heat transfer and coal combustion properties in fluidized beds was simulated at particle level and obtained the distribution of gas temperature and gas species. The simulation indicated the intensive heterogeneity of the gas-solid flow and coal combustion in fluidized bed. The heating rate of particles and four different particle heat exchange modes were studied. And the sensitivity analysis was carried out on effects to combustion and heat transfer properties due to different particle parameters.Finally, the work of this paper and the further research were summarized. Keywords: fluidized bed gas-solid flow discrete element method coal combustion heat transfer characteristics独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2010年第29卷第6期·1004·化工进展不同工质下流化床气流粉碎机流场数值模拟袁书林，陈海焱（西南科技大学环境与资源学院，四川绵阳 621010）摘要：为研究流化床气流粉碎机在不同工质下内部流场的变化，利用FLUENT流体计算软件对流化床气流粉碎分级机进行整体建模。
对不同工质的模拟结果表明：不同工质下气流动压相差不大，但分子量越小的工质经过Laval喷嘴得到的喷嘴出口速率越大，同时粉碎腔内的引射气流速率越大，颗粒进入轴心速率区的概率也增大，故分子量小的工质能有效提高粉碎效率。
不同进口压力和背压对气流速率影响的模拟结果表明，提高进口压力，气流速率明显提高；增大负压对提高气流速率不明显。
关键词：流化床气流粉碎机；流场；数值模拟中图分类号：O 242.1；TB 115 文献标识码：A 文章编号：1000-6613（2010）06-1004-05 Numerical simulation of fluid bed jet mill under different working mediaYUAN Shulin，CHEN Haiyan（Department of Materials Science and Engineering，Southwest University of Science and Technology，Mianyang 621010，Sichuan，China）Abstract：Based on integral modeling method，FLUENT software was used to simulate fluidized bed jet mill to explore the changes in internal flow field under different actuating medium. Simulation results showed that there is little difference in air flow velocity pressure with different actuating medium，while a higher outlet velocity can be obtained when actuating medium with lower molecular weight flow through the Laval nozzle. Meanwhile，higher velocity of injective air in grinding chamber provides more chance for particles to enter the axial velocity area. Therefore，an actuating medium with lower molecular weight can increase the grinding efficiency effectively.Simulation results for different inlet pressure and back pressure on grinding airflow showed that the airflow velocity increases obviously with the building up in the inlet pressure，but less effected by the building up in the back pressure .Key words：fluid bed jet mill；flow-field；numerical simulation气流粉碎技术在国外已有近一个世纪的历史，而我国在20世纪80年代才开始研究[1] 。
纵观气流粉碎与气流分级技术的开发研究现状，大部分集中在应用开发、气流粉碎分级设备的形式、各种操作参数对气流粉碎分级性能的影响方面，而关于气流粉碎和气流分级的机理、气流粉碎和分级流场的特性、甚至结构参数的研究还很不成熟。
我国气流粉碎技术主要是仿制设备，有关气流粉碎和气流分级技术的理论研究及成果极少。
气流粉碎最常用的工质有3种：压缩空气、过热蒸汽和惰性气体。
陈海焱等[2]认为蒸汽气流磨的能耗远远小于空气气流磨，蒸汽气流磨的粉碎力大大高于空气气流磨。
吉晓莉等[3]分析了气流磨中工质种类和状态对能耗和效率的影响，表明蒸汽与空收稿日期：2009-10-09；修改稿日期：2009-11-06。
基金项目：“十一五”国家支撑计划重大项目（2006BAF02A24）资助。
第一作者简介：袁书林（1981—），男，硕士研究生，主要从事固体废物资源化研究。
E-mail ybyang2007@。
联系人：陈海焱，教授，主要从事超细粉碎、气流分级技术，通风除尘的研究与设备开发。
E-mail chenhaiyan@。
第6期袁书林等：不同工质下流化床气流粉碎机流场数值模拟·1005·气相比具有压强高、临界速率高、能量利用率高、粉碎强度大等优点。
Zhao等[4]利用水平圆盘式气流磨实验研究了氦、水蒸气、空气和二氧化碳作介质对物料粒度的影响，结果表明：分子量小的气体能研磨出更细粉体，在相同的能耗下，分子量越小的研磨气体得到的物料产量越高。
但文中未从不同工质时气流磨的流场变化对粉碎效率的影响给予理论上的解释。
近年来，对流体速率、气固流的浓度和粒子运行轨迹的测量，虽然有热膜风速（HWFA）、激光多普勒流速仪（LDV）、粒子成像速率场仪（PW）、高速摄影（HSSV）测量等新的技术手段，但对高速的超音速流场和高速旋转的分级流场的测量仍然十分困难。
所以通过数值模拟分析气流粉碎机内部流场对气流粉碎分级理论研究是必要的，目前国内对气流粉碎分级机的数值模拟主要限于对气流粉碎机的喷嘴、分级机分开建模，对气流粉碎分级机整体建模分析流场在文献中鲜见报道。
本文作者利用计算流体力学软件FlUENT[5]，建立流化床气流粉碎分级机的三维几何模型，对比不同工质下气流粉碎机的流场变化和分布，对不同工质下粉碎效率差异给予解释；通过模拟分析不同进口压力和背压对流场的影响，可为气流磨系统结构参数设计及系统优化配置提供理论依据。
1 数值计算方法1.1 物理模型流化床气流粉碎分级机将高速气流与物料分路进入粉碎室，避免了颗粒与管路的碰撞和摩擦，大大降低了喷嘴和管路的磨损；在粉碎室，颗粒流的对撞降低了颗粒对腔体的磨损；粉碎后达到要求的颗粒及时经涡轮分级机分离，大大降低了过粉碎，提高了能量的利用率；易于实现粉碎和分级一体化，提高效率[6]。
流化床气流粉碎分级机模型结构如图1所示：粉碎区高度约为500 mm，腔体直径为300 mm，平面（B—B面）为3个喷嘴圆周均布的面，圆心为粉碎腔喷射中心，坐标为（0，0，0），Y=0平面内喷嘴进口中心坐标为（－181.5，0，0），喷嘴出口中心坐标（－90，0，0）。
模型模拟气流粉碎流场，忽略进料口、二次分对流场的影响。
分级区总高度为400 mm，上部圆柱筒体直径φ350 mm，分级叶轮最大回转直径为φ250 mm，叶片为直叶片，高度为152 mm，宽度为30 mm，厚度为3 mm。
图1 流化床气流粉碎模型1.2 计算网格气流粉碎分级机分为4部分进行建模：Laval 喷嘴（nozzle）、分级区（lower）、叶轮与轴间的环（loop）、叶片流动区域（rator）。
GAMBIT可生成结构化网格、非结构化网格和混合网格等多种类型网格，具有良好的自适应能力，能对网格进行细化或粗化，生成连续或不连续网格。
根据各个部分的结构形式，采用不同的网格划分形式：Laval喷嘴采用结构化网格；分级区结构复杂，采用混合网格和非结构化网格形式；叶片与轴间的环采用非结构化网格；叶片间流动区域采用结构化网格。
在喷嘴出口、分级机叶片进口使用局部网格加密技术，应用壁面函数法对壁面进行网格划分。
1.3边界条件与数值方法喷嘴进口设为压力进口（pressure-inlet），出口设为压力出口（pressure-outlet）；叶轮边壁设置为旋转wall，旋向为顺时针z =－1（俯视）；叶片流动区域设为旋转流体，旋转速率设为1800 r/min，旋向同上。
其余边界条件保持默认设置。
本研究暂不对分级机模拟结果进行讨论。
模型外壁要考虑传热，传热系数为50 W/（m2·K），外界温度303 K。
分别选取空气、蒸汽等不同工质进行模拟计算，均为可压缩流体，Materials中的Density项设为ideal-gas，C p按piecewise-polynomial计算，其余条件保持默认设置。
模型采用FLUENT的分离隐式稳态求解器、k-ε紊流模型、压力和速率耦合采用SIMPLE修正算法，各参数的离散采用二阶迎风格式。
化 工 进 展 2010年第29卷·1006·2 计算结果与分析2.1 不同工质气流粉碎速率的变化分别选用空气、蒸汽、氮气、氦气为工质模拟，进口压力为0.5 MPa （文中所用压力均为相对压力），出口背压为－5000 Pa ，空气、氮气、氦气进口温度为300 K ，蒸汽进口温度为570 K 。
FLUENT 的计算结果导入后处理软件Tecplot 生成X -Y 图。
如图2所示为过热蒸汽在喷嘴平面（图1中的B —B 截面）的速率云图，其它工质的速率云图略。
云图速率分布是一个典型的拉伐尔喷嘴的速率分布，在喷嘴出口处产生了超音速气流。
空气、氮气、蒸汽和氦气经过喷嘴加速得到的最大速率分别是514 m/s 、523 m/s 、914 m/s 、1334 m/s ，过热蒸汽工质的是空气工质的1.78倍，氦气工质的是空气工质的2.6倍。
表明工质的分子量越小，经过喷嘴得到的速率越大，小分子量的气体能研磨出更细粉体，这与文献[4]的试验结果吻合。
如图3所示为不同工图2 过热蒸汽速率云图图3 不同工质下喷嘴进口到碎粉中心动压图 质从喷嘴进口到粉碎中心的动压变化，表明不同工质的动压差异不明显，这说明速率越大，越能将颗粒加速到较高的速率。
此模型已经建成蒸汽气流粉碎分级试验系统，系统利用火电厂低品位过热蒸汽，以四川江油巴蜀电厂低等级干排粉煤灰为原料，结果表明，以过热蒸汽为介质的气流磨能耗低粉碎力大，过热蒸汽粉碎工艺可以低成本、规模化地对低等级粉煤灰进行超细粉碎，能有效粉煤灰活性[7]。
不同工质下喷嘴进口中心到粉碎腔中心沿X 轴方向的速率变化趋势是一致的，气流速率在喷嘴喉部达到音速，但速率的最大值不是在喷嘴出口，而是出现在远离喷嘴出口几毫米处（如图4），原因是气流经喷嘴出口后，体积会继续膨胀，压强下降速率继续增大。
