小型提升管气固两相流冷模实验及数值模拟研究

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1、中国石油大学硕士研究生学位论文华东(申请工学硕士学位)小型提升管气固两相流冷模实验及数值模拟研究学科专业：培养方向：硕士生：指导教师：化学工艺石油与天然气加工帅群钮根林(副教授)入学日期：2004年09月论文完成日期：2007年05月小型提升管气固两桕流冷模实验及数值模拟研究师群(化学工艺)指导教师：钮根林(副教授)摘要气固两相流态化体系渗透在现代石化、能源、冶金以及环境工程等各个领域。本研究对重质油加工国家重点实验室12mm小型提升管冷模实验装置中的流动参数进行实验测量，以此研究小直径提升管反应器内气固两相流动规律。此外，本研究中还应用计算流体力学方法(CFD)模拟小型提升管反应器内

2、气固两相的流动行为。冷态实验结果表明：在气固提升管中，床层压降随颗粒循环量的减小而减小，同时提升管下部加速段的压降减小的更为明显。随着颗粒循环量的增大或表观气速的减小，不同轴向位置的颗粒浓度都呈现增大的趋势。表观气体速度对于颗粒速度的影响非常显著。提升管中心区颗粒速度随着床层高度的增加而增加，即颗粒浓度随床层高度的增加而降低。气速一定的情况下，提升管中心区的颗粒速度的增加趋势比边壁要显著。颖粒浓度在径向上的分布呈中心低边壁高的不均匀模式，即明显的环核结构。针对本研究所测量的小型提升管冷模装置，运用商业化流体力学计算软件FLUENT模拟了装置中气固两相的流动行为，进而对小型提升管气固流动

3、状况进行深入探讨。数值模拟采用欧拉一欧拉双流体模型，固相应力采用颗粒动理学理论计算，气固相问作用采用Gidaspow提出的曳力公式。对小型提升管进行=维非稳态模拟，对结果进行统计可以看出：通过上述方法进行数值模拟计算可以比较准确地描述提升管反应器内的非均匀流动结构(包括颗粒分布在径向上呈环核流动结构和轴向上；i呈上稀下浓的结构特征)。通过模拟可以得到颗粒拟温度和颗粒相秸度，能够较好地说明提升管内颗粒碰撞情况。提升管内不同的操作条件下轴向压降、局部颗粒固含率、局部颗粒速度与实验测量得到的趋势一致。本研究工作还通过数值模拟的方法考察了提升管进口和出口的设置对提升管内颗粒流动形式和压降的影响

4、。关键词：气固两相流冷态实验计算流体力学ExperimentalMeasurementandNumericalSimulationoftheGas-solidTwo-phaseFlowinMini-RiserReactorSHUAIQun(ChemicalTechnology)DirectedbyProfessorNIUGen-linAbstractFluidizedbedtechnologyhasbeenwidelyencounteredinpetroleum，chemicalengineering，energys01．n'ce,metallurgyandenvironmentali

5、ndustry．measuremenBwereconductedtostudyflowbehaviorsofgas-solidtwophaseflowinalabomtory-scaleriser．Numericalinvestigationswereperformedoncommercialcode(FLUENT)tosimulatethedynamicofthisgas—solidtwOphasesystem．Theexperimentalmeasurementindicatesthatthepressuredropinriserdecreaseswiththedecreasing

6、ofsolidmassflux，especiallyatthebottomoftheriser,withtheincreasingofsolidmassfluxorthedecreasingofsuperficialgasvelocity,solidphasevolumefractionatdifferentaxialpositionsincreasessimultaneously．Thistrendappearsmoreobviouslyincorercgionsthaninregionsnearthewall．Thesolidphasefractionismuchhigherinr

7、egionsnearthewallandlowerinthecoreregionsoftheriser,whichconsistedofacore·annularflowpattern．Numericalsimulationswerecarriedoutbyusingcommercialcomputationalfluiddynamicspackage(Fluent6)toobtainbetterunderstandaboutflowbehav