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《高密度循環(huán)流化床氣固流動規(guī)律及流動—反應耦合特性數值模擬》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在學術論文-天天文庫。
1、中圖分類號：TE624單位代碼：11414學號：2013313014題目高密度循環(huán)流化床氣固流動規(guī)律及流動-及流動-反應耦合特性數值模擬學科專業(yè)化學工程與技術研究方向油氣加工工藝與工程博士生彭麗指導教師高金森教授藍興英教授二○一七年五月Numericalsimulationofgas-solidsflowandthecouplingcharacteristicsofhydrodynamicsandreactioninHDCFBDissertationsubmittedtoinpartialfulfillmentoftherequirementsforthede
2、greeofDoctorofEngineering(OrDoctorofNaturalScience)ByPengLi（ChemicalEngineeringandTechnology）DissertationSupervisorProf.GaoJinsenProf.LanXingyingMay,2017摘要摘要高密度循環(huán)流化床（High-densitycirculatingfluidizedbed，簡稱“HDCFB”）作為新興高效節(jié)能流態(tài)化反應器，具有良好的混合、傳熱、傳質以及反應特性，在化工、能源及環(huán)境等國民經濟各個領域應用十分廣泛。本文旨在建立HDCFB
3、模擬方法，深入分析其內氣固整體和局部流動行為，建立顆粒聚團的表征方法，定量捕獲聚團特性以及聚團空間分布特性；追蹤顆粒瞬時運動軌跡，掌握顆粒返混特性；建立流動-反應耦合模型，定量揭示氣固流動-反應耦合特性，為HDCFB反應器的設計和放大提供理論基礎，有助于開拓HDCFB工業(yè)應用領域。考慮到擬二維（2.5D）模擬方法采用楔形區(qū)域簡化三維壁面區(qū)域，本文首先針對HDCFB，采用2.5D模擬方法，基于歐拉-歐拉框架，結合EMMS-based曳力模型，建立HDCFB氣固流動模擬方法。采用所建的模型模擬不同操作工況下的HDCFB氣固流動行為，通過對比實驗結果和模擬結果，證實
4、所建模型的可靠性和普適性。采用上述所建模型開展HDCFB氣固整體流動和局部流動特性的研究，并對比LDCFB和HDCFB差異。采用圖像處理法結合Matlab工具箱分析細網格模擬結果，定量捕獲HDCFB內的聚團特性以及聚團空間分布特性。研究發(fā)現，與LDCFB對比，HDCFB內的固含率軸向呈現更加明顯的S型分布趨勢，氣固流動徑向非均勻性更強，氣固兩相流動進料段和加速段距離更長。LDCFB和HDCFB內聚團傾向于以偏離球形、較大傾角形式存在。中心區(qū)域均出現較少的較小聚團，而靠近壁面區(qū)域出現較多的較大聚團。HDCFB內聚團數目將近是LDCFB的2倍且其尺寸分布更寬。由于
5、基于歐拉-拉格朗日框架下的計算顆粒流體力學方法（CPFD）可以追蹤顆粒的瞬時運動軌跡，故采用CPFD方法定量揭示HDCFB內顆粒返混規(guī)律，考察操作條件、出口結構（C型、L型以及T型）以及出口尺寸對其內顆粒流動特性和顆粒返混特性的影響。研究發(fā)現，HDCFB內顆粒返混主要發(fā)生在床層下部密相區(qū)域以及靠近壁面區(qū)域，而床層上部稀相區(qū)域和靠近中心區(qū)域則出現較少的顆粒返混現象。在操作條件、出口結構以及其對應出口尺寸中，操作條件對HDCFB內顆粒流動特性和顆粒返混特性影響最大。為建立準確的HDCFB流動-反應耦合模型，采用已建立的HDCFB氣固流動模型，耦合臭氧分解反應模型，
6、引入修正因子ω考慮HDCFB內顆粒聚團的存在-II-摘要對反應過程的影響，并通過模擬不同高密度工況下的臭氧分解反應，對比模擬結果和實驗數據，驗證模型的普適性?；谒Ｐ?，定量研究HDCFB內變體積反應中反應特性對氣固流動行為的影響，研究發(fā)現變體積反應過程中，氣體分子數的變化影響氣體速度，從而影響顆粒濃度以及氣固流動徑向非均勻性等。為減弱化學反應過程中氣體體積變化對氣固流動狀態(tài)的影響程度，實現反應器平穩(wěn)操作，向反應系統(tǒng)的進料氣體中加入惰性組分，通過調節(jié)惰性組分的量，考察反應的膨脹率對氣固流動行為的影響。研究結果表明：對于膨脹因子分別為-0.665和2.0的反應
7、，調節(jié)惰性組分的量，使得膨脹率分別大于-0.25，小于1.0時，反應的固含率和氣固流動徑向非均勻性指數與等分子數反應相差不大，說明該反應的氣固流動狀態(tài)基本平穩(wěn)。關鍵詞：高密度循環(huán)流化床；數值模擬；2.5D模型；氣固流動-III-ABSTRACTNumericalsimulationofgas-solidsflowandthecouplingcharacteristicsofhydrodynamicsandreactioninHDCFBABSTRACTThehigh-densitycirculatingfluidizedbed(HDCFB)isanovelrea
8、ctorwithlowenergyco
