排粉风机内部气固两相流动特性研究
基于FLUENT气固两相流的研究
基于FLUENT气固两相流的研究气固两相流是气力输送过程需要解决的关键问题，气力输送是以空气为载体在管道中输送粉尘或者固体的技术。
以水平渐扩管为载体，建立气力输送过程中气固两相流的理论模型，利用FLUENT软件对气力输送过程进行模拟分析，分别从速度场、压力场等方面进行分析。
通过模拟得出，水平渐扩管可以把速度能转化成压力能，能有效减小气力输送过程中固体颗粒对输送管道的磨损，提高管道的使用寿命。
标签：气力输送；FLUENT；两相流；低气压0 前言气力输送是以空气为载体在管道中输送粉尘或者固体的技术，气力输送系统是一种以高压罗茨风机或回转式风机为压气设备，以气锁阀为供料设备的输送系统。
气力输送技术因其具有输送效率高、能耗低、污染少、设备简单可靠等优点现在越来越多的用在发电、食品加工、化工等领域。
气力输送过程中，压力沿着管道是逐渐降低，这会使得空气膨胀，气体与固体的相对速度增大，导致气固两相对管道的撞击和磨损加剧，输送距离越长，磨损越严重，在管路系统中安装一个扩张型的管道能有效的缓解这个问题。
王琨等人用试验的方法得出了在水平渐扩管气固输送能力与固气比、扩散角、管径比等因素有关。
李勇等人对试验进行了改进，得出了管路系统安装一个渐扩的管道能有效缓解气固在运行中的磨损问题。
衣华等人通过对渐扩管的研究发现渐扩管能使得气流速度减低，把气体速度能转变成压力能，从而减小气固对管路的磨损。
可以看出，对气力研究管路的研究目前已经取得了很大的成就，但大部分人仅仅集中在试验研究这块，很少有人从理论和模拟的角度对其机理进行分析。
本文利用FLUENT软件对气固两相流在水平扩散管中的流场、压力场规律进行分析。
1 模型建立1.1 物理模型建立渐扩前后两管段管径分别由d 与D表示，其值分别为60mm和80mm；扩散角度分别为4° 6°、8°、10°、12°。
管路总长为900mm。
1.2 理论模型建立1.2.1 基本假设选择主控方程为N-S方程，为了便于计算，忽略一些对研究重点和预期没有影响或者影响很小的因素，作如下基本假设：（1）忽略气体体积力的作用；（2）介质为牛顿流体，即剪切应力与速度梯度成正比；（3）表面无滑移，即附着于界面上的流体质点的速度与界面上该点的速度相同；（4）与黏性力相比，忽略惯性力的影响，包括流体加速度的惯性力和流体膜弯曲的离心力；（5）模拟过程中，气体与固体无滑移动，即气体与固体速度一样。
气固两相流动的基本概念和特性参数
• 2．平衡流和冻结流 斯托克斯数
气体-颗粒两相混合物的流动中，颗粒的速度与 输送气体的速度相等时，即u p = u g 称为平衡流。 如果颗粒的速度不受输送气体的影响，或者说， 颗粒有足够的时间来响应气体流场的变化，对于 这种流动称为冻结流。因此，平衡流也可以理解 为颗粒有充分时间响应气体流场的变化，使颗粒 始终保持与气体的速度相等。
• 2．粒径
粒径表示每个固体颗粒的大小程度，是判断固体 颗粒粗细程度的一个指标。。如果颗粒是球形的 或近似于球形的，那么可以取其直径作为粒径。 若颗粒的大小和形状不同，要对颗粒进行准确测 定并将其表示出来是几乎不可能的。许多人提出 了各种各样的粒径测定方法，在这些方法中，实 际应用的大致有两种。
1）直接测定的当量直径(显微镜粒径)：当颗粒的 大小能用显微镜直接测定时可以取投影面一定方 向上的各个颗粒的最大尺寸作为颗粒的粒径。
• 4．平均粒径
平均粒径是颗粒群中大小各不相同的粒径的平均 值。平均粒径可定量地表示颗粒群的大小。确定 平均粒径的方法很多，大致有算术平均、几何平 均、调和平均、面积长度平均、体面积平均、重 量平均、平均表面积、平均体积、比表面积、中 径和多数径等。其中应用最多的是中径和多数径。 同一颗粒群用各种方法平均后，会得到各种不同 的平均粒径值。
平衡流与冻结流可以用斯托克斯相似准则数加以
区别，该相似准则是空气动力响应时间和流动的 滞留时间的比值。
St u
p
d
2 p
ug
r 18 g L
（2-13）
St 1 时，即 u r ，u p 接近 ug ，称平衡流。 St 1 时，即 u r ，不受流场变化的影响而
接近常数，称冻结流。根据经验，St 0.1 的流
密相气固两相管道输送粉体的特性研究
Ｄ Ａ ｕ ｎ —ｉ ，Ｈ ｈ ｕｇ ｎ Ｚ ＡＯ Ｊ ｎ ， Ｎ ｉ ｕ ， Ｈ Ｎ Ｊ ｇｇ ｎ Ｕ Ｎ Ｇ ａ ｇｂｎ Ｕ Ｓ ｏ —ｅ ， Ｈ ｕ ＷＡ Ｇ Ｌ— ｅ Ｓ Ｅ ｉ — ｇ ｊ ｎ ａ （ ｎｖ ｒ ｔ ｏ ｈ ｎ ｈ ｉ ｏ ｃ ｎ ｅａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｙ ， ｈ ｎ ｈ ｉ ０ ０ ３ Ｃ ｉａ Ｕ ｉ ｓ ｙ ｆ ａ ｇ ａ ｆｒ ｉ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏｏ Ｓ ａ ｇ ａ ２ ０ ９ ， ｈ ） ｅ ｉ Ｓ Ｓ ｅ ｇ ｎ
ｂ ｒ ｎ ｒ ，ｔ ｅ ｓ ｌ ｓ ｏ ａｅ ａ ｄ ｓ ｌ ｅｏ ｉ ｎ ｒ ａ ｅ ｗｈ ｌ ｔ ｅ ｕ ｉ ｌ ｎ ｔ ｒ ｓｕ ｅ ｄ ｏ ｆｔ ｅ ｐ ｐ ｒ ｄ ａ ｌ ｅ ｍｏ ｅ ａ ｄ ｍｏ ｅ ｈ ｏｉ ｍａ ｓｆ ｗ ｒ ｔ ｎ ｏ ｉ ｖ ｌｃｔ ｉ ｃ ｅ ｓ ｉ ｈ ｎ ｔ ｅ ｇ ｈ ｐ ｅ ｓ ｒ ｒｐ ｏ ｈ ｉ ｅ ｇ ａ ｕ ｌ ｄ ｌ ｄ ｙ ｅ ｙ
况下 ， 随气体 表观速度的增大 ， 固体 质量流率 、 固体 速度增大 ， 而阻力损 失减小 ； 同时考察了物料特性对输送 性能的影 响。
利 用 根 据 力 平 衡 原 理 建 立 的料 栓 平 衡 方 程 式 并 结 合 试 验 数 据 得 出 了 预 测 栓 流 运 动 压 力 损 失 的 公 式 。误 差 分 析 表 明 ， 该
电厂中的气固两相流
（2）磨损的计算方法 风机磨损的计算目的在于明确不同的灰粒浓 度和粒子直径大小同叶片允许磨损量的关系，为 风机的设计和选型提供依据；定量给出风机叶轮 的磨损情况和灰粒的分布对风机磨损的影响，从 而可以通过计算机在线监测磨损情况，以便采取 针对性的解决措施和方法。最终目标是精确计算 风机的磨损程度，随时掌握电厂风机的过度磨损 情况，及时采取相应的正确措施
•
• （2）在解决防磨问题上试用过许多方法，选择耐磨性能
较好的材料制作叶片，在易磨部位上覆盖防磨耐磨鼻（一 般采用耐磨性能好的镀铬耐磨鼻，实际测量结果显示，在 同一工况下，镀铬板只磨损0.778 mm， 同一工况下，镀铬板只磨损0.778 mm， 而其它材料要磨 损7.832 mm）； 表面喷焊耐磨材料（采用惰性气体保护 mm）； 焊工艺——Sigma 焊工艺——Sigma 工艺，喷焊用合金粉与喷涂用合金相比， 喷焊层组织为均质合金组织，且与基体为冶金扩散结合， 因而不仅在旧叶片修复而且在新品种叶片强化方面得到应 用。电厂现场对铝合金叶片小面积应用采用一步法，对钢 叶片应用采用二步法）：将叶片压力面加工成锯齿形等； 在实际应用中由于喷涂耐磨材料制作工艺不太复杂，费用 较低，相对便于实施而经常采用。
2. 固体颗粒及对风机叶片粘附的分析 据来自澳大利亚的研究报告，直径5µm的小灰粒几乎 据来自澳大利亚的研究报告，直径5µm的小灰粒几乎 不可能使材料磨损，对于引风机烟气中很小直径的灰粒而 言，它们对叶片的危害就由磨损转化为粘附。因此电厂风 机风道中悬浮固体颗粒中较小者沿叶道吸引力面流动，虽 有磨损，但主要是粘附危害。在线监测电厂引风机叶片磨 损过程中发现气流中因含有“ 损过程中发现气流中因含有“湿”或分子吸附条件及其灰 粒摩擦撞击所引，起的静电吸引，使粒度较小的颗粒粘附 于流道壁面上产生粘附现象。试验数据说明随着物性和环 境条件的不同，粘附将可能链式成长，改变流道形状，或 因粘附不均匀导致转子的振动，恶化风机性能，威胁风机 安全运行。进一步研究发现，粘附的几何位置对轴流式风 机而言，烟气流使叶片吸力面上的附面层自前缘向后缘逐 渐增厚，而其压力面上则自前缘向后缘逐渐变薄。综合各 种效果，粘附最易在动叶或静叶的叶尖和叶根后缘吸力面 上发生。
化学反应气固两相流传质传热研究进展分析
化学反应气固两相流传质传热研究进展分析气固两相流是一种重要的多相流动状态，广泛应用于化工、冶金、环境保护等领域中。
在这种流动状态下，气体相与固体相之间发生着传质与传热的过程，研究气固两相流的传质传热行为对于实现高效、节能、环保的化工过程具有重要意义。
本文将就化学反应气固两相流传质传热研究进展进行分析。
在化学反应气固两相流传质传热的研究中，研究者们主要关注以下几个方面：传质传热机理、数值模拟与实验研究、传质传热特性、传质传热过程的优化与增强。
首先，传质传热机理是研究气固两相流行为的基础。
在气固两相流中，固体颗粒上的次级蒸发、亚细胞内传质、气体颗粒的边界层传质等过程是传质传热机理的关键。
研究者们通过理论分析、模型建立和实验验证等方法，深入探究了这些机理，并提出了相应的传质传热模型。
其次，数值模拟与实验研究是研究气固两相流传质传热的重要手段。
通过数值模拟可以对气固两相流的传质传热行为进行分析和预测，为优化和设计工艺提供理论依据。
与此同时，实验研究可以验证数值模拟结果的准确性，并获取实际工艺中的传质传热数据。
这两种方法相互辅助，为气固两相流传质传热研究提供了可靠的数据支持。
第三，传质传热特性是研究气固两相流的重要内容之一。
研究者们通过实验和模拟手段研究了在不同气体流速、固体颗粒尺寸和形状、气体成分等条件下的传质传热特性。
发现了某些气固体系的传质传热特性与物料性质、流动状态等密切相关的规律，并提出了相应的数学模型来描述这种关系。
最后，传质传热的优化与增强是研究气固两相流的重要目标之一。
通过改变气体流速、固体颗粒尺寸和形状、操作条件等因素，可以提高气固两相流传质传热效率，减少能量消耗和环境污染。
研究者们利用优化理论和方法，通过模拟和实验探索了传质传热过程的优化与增强方法，并取得了一定的成果。
综上所述，化学反应气固两相流传质传热研究在很大程度上推动了化工过程的高效、节能、环保。
对于气固两相流传质传热机理的研究相信会有更深入的理解和认识，数值模拟与实验研究将会更加精确和可靠，传质传热特性的探索将会更加全面和准确，传质传热的优化与增强将会更加高效和定量。
《本科毕业设计》粉体加压气固两相流动特性研究
编号南京航空航天大学毕业设计题目粉体加压气固两相流动特性研究学生姓名学号学院专业班级指导教师二〇一二年六月南京航空航天大学本科毕业设计（论文）诚信承诺书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）（题目：）是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。
尽本人所知，除了毕业设计（论文）中特别加以标注引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
作者签名：年月日（学号）粉体加压气固两相流动特性研究摘要煤炭是我国的基础能源和重要原料，但是，我国的煤炭利用技术相对落后，利用效率低，过程污染严重。
开发煤炭高效、清洁利用和转化技术，是国民经济和社会可持续科学发展的客观需求，煤气化技术是煤炭高效清洁利用的核心技术，是煤化工技术的基础，高压超浓相煤粉气力输送是气流床煤粉加压气化的关键技术之一，高压超浓相煤粉输送中速度较低，固相浓度很高，流动形态复杂，流动稳定性下降，系统的输送技术要求和条件与一般输送系统相差较大。
目前，高压超浓相煤粉输送可借鉴资料和经验很少，只能依赖对真实系统进行试验研究，获取其流动规律。
神经网络具有完善的理论体系，清晰的算法流程，强大的数据识别和模拟功能。
在解决非线性系统问题时，优势明显，突显出巨大的实际应用价值。
鉴于对高压超浓相气力输送特性参数机理建模的复杂性，将各种神经网络技术引入高压超浓相气力输送特性参数测试领域，研究了煤粉质量流量、固气比和煤粉粒径等条件对气力输送特性的影响，并对煤粉质量流量和固气比等进行预测，得到了较好的预测结果。
关键词：高压，气力输送，输送特性，固气比，神经网络The Research of Solid-gas Flow onPressurized PowderAbstractCoal is the basic energy and important raw materials in China. However, China’s technology of coal utilization is relatively backward and the efficiency is low. Developing clean and high-efficiency coal utilization is the objective needs of sustainable and scientific development.Coal gasification was the key technology for clean and high-efficiency coal utilization, and also the basis of the development of coal chemical processing.High-pressure and dense-phase pneumatic conveying of pulverized coal is of great importance for the entrained flow pulverized coal gasification. The transport is in low speed, high solid concentration and complex mobility patterns. The technical requirements and condition of the conveying system is different with general conveying system. The reference information and experience is far from enough, the acquisition of the flow rule only rely on the experimental study of real system.Neural network has integrated system, explicit algorithmic process, data identification and simulation function.it also owns the excellent ability to solve nonlinear problem, therefore, the value of practical application is outstanding. Considering the complexity of the mechanism modeling of the characteristic parameters of high-pressure and dense-phase pneumatic conveying, neural network technology, which was a main kind of identification modeling, was introduced into this filed, to search the impact condition of pneumatic conveying, then we get a better result about the predict of pulverized coal’s mass flow and solid-gas ratio.Key words: High pressure; Pneumatic conveying; Transport characteristics; solid-gas ratio; neural network目录摘要 (i)Abstract .......................................................................................................................... i i 第1章绪论 (1)1.1.研究背景及意义 (1)1.2.文献资料关于国内外气固两相流和神经网络的研究 (2)1.2.1.有关气固两相流的研究 (2)1.2.2.有关神经网络的研究 (3)1.3.本课题的研究目的和内容 (4)1.3.1.研究目的 (4)1.3.2.研究内容 (5)1.4.小结 (7)第2章实验装置和方法 (8)2.1.试验系统 (8)2.1.1.试验系统流程 (8)2.1.2.加湿装置 (10)2.1.3.信号采集及监控系统 (11)2.2.输送系统和信号采集系统的稳定性和可靠性 (13)2.2.1.煤粉质量流量和输送压力的稳定性 (13)2.2.2.流量和压差信号的可靠性 (14)第3章煤粉的高压超浓相气力输送特性试验研究 (16)3.1.一些重要的物理量 (16)M (16)3.1.1.固体质量流量s3.1.2.煤粉输送速率通量ψ (17)3.1.3.固气比μ (17)3.1.4.管路表观气速V (17)g3.1.5.管内固体物料体积分数(1ε-) (17)3.2.输送压力对输送特性影响的研究 (17)3.3.总输送差压对输送特性影响规律对研究 (19)3.4.流化风量对输送特性的影响 (20)3.5.粒径分布对输送特性的影响 (22)3.6.含水率对浓相气力输送的影响 (22)3.7.煤粉种类对输送速率的影响 (24)3.8.小结 (24)3.8.1.主要结论 (24)3.8.2.还需开展的工作 (25)第4章高压超浓相气力输送特性参数的神经网络建模与预测 (26)4.1.神经网络 (27)4.1.1.神经网络定义 (27)4.1.2.神经元结构模型 (27)4.1.3.神经网络的互联模式 (28)4.1.4.神经网络的特点 (30)4.1.5.神经网络的学习 (30)4.2.BP网络及其算法 (31)4.2.1.BP网络模型 (31)4.2.2.BP网络结构 (32)4.2.3.BP算法原理 (33)4.2.4.BP神经网络的缺陷分析 (34)4.3.BP网络的主要改进措施 (34)4.3.1.启发式改进方法 (34)4.3.2.基于数值优化的BP算法 (37)4.4.煤粉质量流量和固气比的BP网络预测 (38)4.5.基于RBF网络煤粉质量流量和固气比的建模与预测 (41)4.5.1.径向基网络结构与算法 (41)4.5.2.RBF网络的特性 (42)4.6. 煤粉质量流量和固气比的RBF网络预测 (43)4.7.小结 (44)第5章总结与展望 (46)5.1.全文总结 (46)5.2.未来展望 (47)参考文献 (48)致谢 (49)第1章绪论1.1.研究背景及意义能源是经济发展和人民生活水平提高的基础，社会发展需要安全且可承受的能源供给。
气固两相流动力学特性的数值模拟与实验研究
气固两相流动力学特性的数值模拟与实验研究气固两相流动是指在一个系统中同时存在气体和固体颗粒的流动现象。
这种流动在许多工业过程中都很常见，如煤粉燃烧、颗粒输送和流化床等。
了解气固两相流动的力学特性对于优化工艺、提高效率至关重要。
为了研究这种流动现象，数值模拟和实验研究成为了两种主要的研究方法。
数值模拟是通过建立数学模型和计算方法，对气固两相流动进行仿真和预测。
数值模拟方法可以提供详细的流场信息，如速度、压力和浓度分布等。
通过调整模型参数和边界条件，可以模拟不同工况下的气固两相流动情况。
数值模拟方法还可以用于研究流动中的细观现象，如颗粒的碰撞和聚集等。
然而，数值模拟方法也存在一些局限性。
首先，模型的准确性和可靠性取决于模型的假设和参数选择。
其次，数值计算的复杂性限制了模拟的规模和时间尺度。
因此，数值模拟方法通常需要与实验研究相结合，以验证模型的准确性和可行性。
实验研究是通过设计和进行实际的物理实验来研究气固两相流动。
实验方法可以直接观测和测量流动中的各种参数和特性。
通过改变实验条件，如气体流速、颗粒浓度和粒径等，可以研究气固两相流动的变化规律。
实验研究还可以用于验证数值模拟结果的准确性和可靠性。
然而，实验研究也存在一些问题。
首先，实验设备的建造和操作成本较高，且受到实验环境的限制。
其次，实验过程中的测量误差和不确定性会影响研究结果的可靠性。
因此，实验研究通常需要与数值模拟相结合，以综合分析和解释研究结果。
在气固两相流动力学特性的研究中，数值模拟和实验研究相辅相成。
数值模拟方法可以提供详细的流场信息和细观现象，为实验研究提供参考和指导。
实验研究可以验证数值模拟结果的准确性和可靠性，为模型的改进和优化提供实验数据。
通过数值模拟和实验研究的相互验证和比较，可以更加全面地了解气固两相流动的力学特性。
在未来的研究中，需要进一步提高数值模拟和实验研究的精度和可靠性。
对于数值模拟方法，需要改进模型的准确性和可靠性，提高计算效率和稳定性。
固气两相流输送理论简介
3.1固气两相流输送理论载气式送粉器主要依靠动能把粉末均匀、稳定地输送出来，辅之以气体分散和运输，粉末容易分散均匀及流畅运输。
因此送粉器的结构设计和送粉器的应用都要用到固气两相流输送的相关理论。
3.1.1固气两相流输送原理固气两相流，也称气力输送，是一种利用空气流作为输送动力在管道中输送粉粒状颗粒料的方法。
物料在管道中的流动状态实际上很复杂，主要随气流速度及气流中所含的物料量和物料本身料性的不同而显著变化。
通常，当管道内气流速度很高而物料量又很少时，物料颗粒在管道中接近于均匀分布，并在气流中呈完全悬浮状态被输送，见图3-1（a ）。
随着气流速度逐渐减小或物料量有所增加，作用于颗粒的气流推力也就减小，使颗粒速度也相应减慢。
加上颗粒间可能发生碰撞，部分较大颗粒趋向下沉接近管底，这时管底物料分布变密，但物料仍然正常地被输送，见图3-1(b)。
当气流速度再减小时，可以看到颗粒成层状沉积在管底，这时气流及一部分颗粒从它的上层空间通过。
而在沉积层的表面，有的颗粒在气流的作用下也会向前滑移，见图3-1(c)。
当气流速度开始低于悬浮速度或者物料量更多时，大部分较大颗粒会失去悬浮能力，不仅出现颗粒停滞在管底，在局部地段甚至因物料堆积形成“砂丘”。
气流通过“砂丘”上部的狭窄通道时速度加快，可以在一瞬间将“砂丘”吹走。
颗粒的这种时而停滞时而吹走的现象是交替进行的，见图3-1(d)。
如果局部存在的“砂丘”突然大到充填整个管道截面，就会导致物料在管道中不在前进。
如果设法使物料在管道中形成料栓，见图3-1(e)。
也可以利用料栓前后的压力差推动它前进。
以上所说的物料气力输送流动状态中，前三种属于悬浮流，颗粒是依靠高速流的气流动压被输送的，这种流动状态也称为动压输送。
后两种属于集团流，其中最后一种称为栓流，物料依靠气流的静压输送的。
第四种则动、静压的作用均存在。
3.1.2混合比混合比是指两相流中物料量与空气量的比值，由于它反映了输送量和输送状态的标准，是两相流的重要参数之一。
气力输送之气固两相流
输送速度最小值很大程度依靠散装物料的性质输送和输送方式。典型的稀相输送速 度大约是3000ft/min(约15m/s)。输送速度与颗粒大小、外形和密度的关系将被论述。
物料具有好的透气性，物料趋向于栓塞形式通过管线，栓塞充满管线的内径，并且 被隔成短的空隙，象这种输送空气速度是减少的，沿着输送管线料栓间的空隙被物料充 满。料栓最终以固定床方式沿顶部象波浪一样移动。空气流量减少导致输送气体速度减 小物料的流量也会减少。
完全由单一大颗粒组成的物料，如聚乙烯、尼龙小球、花生、某些谷物和种子，非 常适合栓塞流。对稀相输送由于需要高速输送造成尼龙、聚合物受损，由于非常高的透 气性，空气将容易渗透到物料，物料在输送时其最大填充率大约是30。
试验范围应包括物料输送模式，以往的可用经验很少时，按比例增加气源压力、 管径、输送距离、用已有的资料预测管道参数。假如不能按比例增加输送模型，推断出 长距离、高固体填充率和最低输送气速范围是多少，不要冒然用于实际，除非证明物料 就是像这样产能输送的。
2.1 输送模式
高压常见于稀相输送，假如物料适合稀相输送模式。物料特性影响输送形式，同一 输送条件下物料流量也存在差异，成功设计以前未曾尝试过的物料输送，试验是至关重 要的。所以输送试验中必须有附加的高压空气，建立输送界限和一个非常宽输送范围条 件。
1.1 管径,
管径主要对物料流量产生影响。如果需要加大物料流量一般的总是增加管径不管其 它参数。管径增大其横截面积也增大，等同于增加了物料的输送能力。
1.2 输送距离
和液体、气体单相流一样，输送管线的压力损失与距离成正比，长距离输送尤其是 高物料流量输送趋向于高压，结果输送长度超过1英里，突破这一限制的方法本手册的 其它章节再做讨论，本节只讲述基本原理。
气固两相流输送特性的试验研究
气流量起主导作用并与输送粉煤灰质量流量成单调上升抛物线关系， 固气比成上凸抛物线关 与
系即先增 大后 减 小。研 究结果 对 柱塞 式气 力输送 系统的 工程 设 计 、 行 和 理论研 究提 供 依 据 并 运
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｏ ｅ ｐ ｒ ｏ ｅ ｏ ｅ ｅ ｒ ｈ ｎ ｅ ｓ ｇｐ ｅ ｍａｉ ｏ ｖ ｙ ｎ ｈ ｒ ｃｅ ｓ ｃ ｆ ａ —ｏｉ ｗ ｓｒ ｃ ：Ｆ ｒ ｔ ｕ ｐ ｓ ｆ ｓ ａ ｃ ｉ ｇ ｔ ｌ ｎ ｕ ｔ ｃ ｎ ｅ ｉ ｇ ｃ ａ ａ ｔｒ ｔ ｓｏ ｓｓ ｌ ｔ ｏ ｈ ｒ ｈ ｕ ｃ ｉ ｉ ｇ ｄ ｐ ａ ｅ ｆ ｗ ，ａ １ １ ｉ ｒ ｖ ｍｅ ｔ ｆ ｅ ｔ ｅ ｃ ｏ ｅ ｐ ｅ ｍａ ｉ ｃ ｎ ｅ ｉ ｇ ｓ ｓ ｍ ｃｕ ｌ ｎ ｕ ｔｙ ｗ ｓ ｈ ｓ ｏ ｌ ： ｍｐ ｏ ｅ ｎ ｓ ｂ ｎ ｈ ｆｒｔ ｎ ｕ ｔ ｏ ｖ ｙ ｎ ｙ ｔ ｉ ａ ｔ ａ ｄ ｓ ａ ｏ ｔ ｈ ｃ ｅ ｎ ｉ ｒ
具有 指 导作 用。
关 键 词 ： 固两相 流 ； 验研 究 ； 量 流量 ； 气 试 质 电容层析 成像 ； 塞 流 柱
中 图分类 号 ： Ｐ ７ ．２ Ｔ ２ １３ 文献标 识码 ： Ａ
Ｅｘ ｅ ｉ ｅ ｔ ｌＲｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ａ ｓ ｏ ｔ ｔｏ ｏ ｅ ｔｅ ｐ ｒ ｍ ｎ ａ ｓ ａ ｃ ｎ Ｔｒ ｎ ｐ ｒ ａ ｉ ｎ Ｐｒ ｐ ｒ ｉ ｓ
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韦俊尤-气固两相流模拟拟研究-(0527最终版本)
韦俊尤-气固两相流模拟拟研究-(0527最终版本)第2章送粉器模型的建立与参数的选择2.1沸腾式送粉器基本原理及建模沸腾式送粉器的基本结构如图2-1所示，它通过沸腾进气使粉末在气流的作用下通过小孔进入输送管中，再由送粉气路将粉末加速并送到送粉喷嘴进行激光熔覆。
沸腾气流分别从下端沸腾进气口和上端沸腾进气口同步送入送粉仓，以使粉末进入临界流化或流化状态。
粉末仓下端有筛网以防止粉末落下而堵住下端沸腾进气口。
另外，本文实验用的送粉器送粉管直径为2mm，连接送粉仓与送粉管的小孔直径为1mm。
图2-1 沸腾式送粉器结构原理图由于该送粉器并不具有轴对称性，无法简化为二维模型进行模拟，三维模型计算的要求较高，计算时间久，但其更能真实反映送粉器的送粉过程。
因此本文运用Gambit软件进行三维建模，其尺寸则根据实验用的送粉器尺寸，以便模拟结果可得到实验的检验。
划分网格后，如图2-2所示，针对不同的区域分块画上结构与非结构网格，并在重要区域进行网格加密，尤其是粉末从粉仓中通过只有1mm直径的小孔进入送粉管中，这些地方网格数量会影响最终结果的准确性。
本文网格质量(EquiSize Skew)控制在0.7以内即可得到较好的收敛效果，网格数图2-2 送粉器数值模拟网格模型大于15万。
在下端沸腾进气口，上端沸腾进气口和送粉气流入口均设为速度入口，粉末送出口和上端的气流出口均为压力出口。
2.2边界条件及其他参数的确定2.2.1曳力系数的计算根据文献资料，对多数流速低的工况，Syamlal-O’Brien，Gidaspow和Wen-yu 等均出现曳力过大等现象。
本文将引入应用工况与该类送粉器类似的曳力模型，并进行相应的修正，以使曳力模型适用于本文低流速的情况。
根据本文研究的实际情况，需要输送的粉末粒径(90μm)属于A类颗粒粒径范围（30μm~100μm），用于粉末沸腾的气流流速为0.02m/s左右，镍基合金粉末密度远大于气体密度等特点，Mckeen曳力模型和Zimmermann提出针对Syamlal- O’Brien模型的修正所应用的工况与本文相似。
第二章 气固两相流动的研究方法
• PTV系统主要由照明、成像和图像处理等部分组成(图1)。 PTV系统主要由照明、成像和图像处理等部分组成( 1)。
照明部分主要包括连续或脉冲激光器、光传输系统和片光 源光学系统；成像部分包括图像捕捉装置CCD和同步器； 源光学系统；成像部分包括图像捕捉装置CCD和同步器； 图像处理部分包括帧捕集器和分析显示软件。帧捕集器将 粒子图像数字化，并将连续图像储存到计算机的内存中。 分析显示软件分析视频或照相图像，实时显示采样的图像 数据，在线显示速度矢量场。在测试时，激光器发出激光 束，光学元件将光束变成片光源照亮所测流场。如是脉冲 激光器，需设置脉冲间隔，脉冲延迟期和激光脉冲等，高 速CCD相机捕捉2个激光脉冲照亮流场的两幅图像，并将 CCD相机捕捉2 图像转化为数字信号传入计算机。通过专用的软件采用一 定的图像处理算法匹配图像粒子对，测出在一定时间间隔 内示踪粒子在x,y方向上的位移，速度等于位移除以时间 内示踪粒子在x,y方向上的位移，速度等于位移除以时间 间隔，可得出移动速度大小和速度方向。
• PTV技术与单点测量方法如皮托管，热线风速计 PTV技术与单点测量方法如皮托管，热线风速计
和激光多普勒测速仪相比，优点是突破了空间单 点从测量技术的局限，能进行一维和二维全场瞬 时速度测量，对流场干扰小，并可以获得了流动 的瞬时速度场、脉动速度场、涡量场和雷诺应力 布等。 PTV技术非常适用研究涡流、湍流等复杂的流动 PTV技术非常适用研究涡流、湍流等复杂的流动 结构，这是其它单点测量技术难以或无法做到的。 同时，现在的PTV系统还具备了与单点测量仪器 同时，现在的PTV系统还具备了与单点测量仪器 (如激光多普勒测速计LDV等)相当空间分辨率，即 如激光多普勒测速计LDV等 使仅限于二维测量，PTV技术也是一种详尽的研 使仅限于二维测量，PTV技术也是一种详尽的研 究复杂流动的定量工具。由于PTV上述的优势决 究复杂流动的定量工具。由于PTV上述的优势决 定了将其用于研究工程气固多相复杂流动的可能 性。
第2章气固两相流理论分析
第2章气固两相流理论分析气固两相流是指同时存在气体和固体颗粒的流动现象。
在很多工程和科学领域中，气固两相流的研究具有重要意义。
本文将对气固两相流的理论分析进行讨论。
首先，我们需要了解气固两相流的基本特征。
在气固两相流中，气体相和固体相之间存在着相互作用力。
这些力可以分为两类：牵引力和阻力。
牵引力是气体对固体颗粒施加的力，使其发生运动。
阻力则是固体颗粒对气体施加的力，使其受到阻碍。
然后，我们可以利用流体力学的基本原理来进行气固两相流的分析。
首先，我们需要根据质量守恒定律来描述气体相和固体相的质量流动。
然后，我们可以利用动量守恒定律来描述气体相和固体相的力学行为。
最后，我们可以利用能量守恒定律来描述气体相和固体相的能量变化。
在进行具体的气固两相流理论分析时，我们需要考虑一些重要参数。
首先是气体相和固体相的体积分数，即气体相和固体相在混合物中的比例。
其次是气体相和固体相的速度分布，即气体相和固体相在流动中的速度分布情况。
另外，我们还需要考虑气体相和固体相之间的相互作用力和阻力，以及颗粒之间的碰撞情况。
在进行气固两相流的理论分析时，我们可以将其分为几个研究方向。
首先是气固两相流的基本理论研究，包括气固两相流的基本方程和重要参数的推导和解析解。
其次是气固两相流的数值模拟研究，包括使用数值方法对气固两相流进行模拟和预测。
最后是气固两相流的实验研究，包括设计实验装置和进行实验观测。
总之，气固两相流的理论分析是一个复杂且重要的研究领域。
通过对气固两相流的理论分析，我们可以深入了解气固两相流的特性和行为，并为相关工程和科学领域的应用提供理论支持。
通过不断深入研究，我们可以进一步完善气固两相流的理论模型和分析方法，以满足实际应用的需求。
轴流压气机气固两相流及磨损特性数值模拟
轴流压气机气固两相流及磨损特性
数值模拟
轴流压气机气固两相流是指在轴流压气机内，以气体为介质，将固体粉体（如尘埃、细颗粒等）进行吹扬的一种过程。
其中，气体和固体粉体形成气固两相流动。
轴流压气机气固两相流数值模拟旨在通过数学模型来描述气固两相流的流动特性及其磨损的发展规律。
首先，根据实验数据，建立轴流压气机气固两相流的数学模型，并建立相应的初始条件和边界条件。
其次，采用CFD技术（Computational Fluid Dynamics）对轴流压气机气固两相流进行数值模拟，以求解其速度场、压力场及其相互作用，从而获得其空间分布及流动特性；此外，还可以模拟气固两相流中悬浮固体粉体的沉降过程，从而获得磨损发展规律。
最后，根据模拟结果，对轴流压气机的气固两相流的流动特性及其磨损特性进行分析，以便更好地优化设计及降低维护成本。
气固两相流中的非平衡态问题研究
气固两相流中的非平衡态问题研究随着人们对工业生产和环境保护的不断追求，气固两相流作为一种具有重要意义的复杂物理现象，其研究领域得到了越来越广泛的关注。
在工业生产中，气固两相流广泛应用于化工、石油、煤炭等领域，而在环境保护中，气固两相流研究也成为了空气净化和沉降尘埃的重点领域。
然而，气固两相流的非平衡态问题，即流体的不平衡现象，是当前研究的热点和难点之一。
一、气固两相流的定义和研究方法气固两相流是指气体和固体颗粒同时存在于同一空间内的复杂力学现象，其研究主要涉及粒子的分布、速度、运动距离等参数。
在气固两相流研究中，实验和数值模拟方法是两种主要的研究方法。
实验方法主要通过实测数据来获取气体和固体颗粒的相关参数，而数值模拟方法基于物理学原理和数学模型，对气固两相流的结构和运动进行模拟分析。
二、气固两相流中的非平衡态现象气固两相流中的非平衡态主要是指固体颗粒和气体之间的相互作用，包括颗粒的聚集、运动距离的不均、颗粒与气体之间的碰撞和摩擦等。
这些现象会导致颗粒的浓度分布和速度分布不均，进而影响固体-气体流体的流动机理和传输过程。
三、非平衡态问题的解决方法针对气固两相流中的非平衡态问题，目前主要采取的解决方法有以下几种：1.建立数学模型数学模型的建立是解决非平衡态问题的重要方法之一。
这类方法主要通过对固体颗粒和气体的运动方程、输运方程、散射方程等进行建模，以预测流体的密度、温度、动量等参数的分布情况。
2.控制固体颗粒流动通过控制固体颗粒的流动状态，可以减少固体颗粒对气体流动的影响。
这一方法主要通过实验和模拟的结合，研究固体颗粒与气体之间的相互作用，以寻找控制固体颗粒流动的途径。
3.优化设备结构通过改进系统设备结构和流体力学参数的配比，可以改善气固两相流中的非平衡态问题。
这一方法主要是通过实验和模拟的数据来优化设备结构和参数设置，以提高气固两相流设备的流动效率和传输性能。
四、气固两相流中的应用气固两相流的研究领域非常广泛，其应用不仅涉及工业生产和环境保护，还包括医疗、土木工程等领域。
气固二相流中粉体的运动分析
［ 稿 日期 ］２ １ —１ — ２ 收 ０１ ２ ８ ［ 者简 介 ］李 奕 （ ９ ６ ） 男 ， 北 武 汉 人 ， 北 工业 大 学讲 师 ， 学 硕 士 ， 究 方 向为 粉 体 控 制 作 Ｉ７ 一 ， 湖 湖 工 研
和升力 是 重要 的流体 力 ， 需要 仔细 考虑． 如 图 １所示 ， 速度 为 Ｕ 的气 流 中颗 粒 的 气 流 作 用 力
气 流 中粒 子 的 平 动 和 回转 运 动 方 程 式 在 直 角 坐
标 系（ － 。 。 中可 以用下式 表示 嘲 Ｏ Ｘ ｚ ）
及 静 止 粉 体 层 的 压 力 损 失 进 行 了 分 析 并 推 导 了运 动 方 程 ．
［ 键 词 ］空 气 输 送 ；二 相 流 ； 用 力 ； 力 损 失 关 作 压 ［ 图 分 类 号 ］Ｔ ４ 。 中 Ｂ ４ ＴＨ２ ２ ０３ ９ ３ 。 ５ ［ 文献 标 识 码］ Ａ ：
ＦＤ —Ｃ （／ ） 。 ， —Ｃ （／ ） Ｕ。 Ｄ １ ２ Ａｏ Ｆ １２ ｌ Ａ Ｄ 确定 ． 中 ， 、 其 Ａ。 Ａ 分 别 表 示 颗 粒表 面积 在 各 个 作
用力 方 向 的投 影 面 积． 于粒 子 流 动 过 程 中 的输 送 对
式 中 ： 表示 粒 子 质 量 ， 表 示 时 间 ， 表示 粒 子 密 ｍ ｔ 子 表面 积 ， 表 示 粒 子表 面 的气 流 应 力 ， 表示 法 Ｐ
７ ６
湖 北 工 业 大 学 学 报
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２１ 年 第 ２ ０２ 期
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系数 Ｃ 、 Ｃ 根 据表 １决定． 。Ｃ 、 ： 粒子群 中单 个粒 子 的 阻力 系数 和 自由流动 的 阻力 不 同 ， 据 Ｄ ｅｉ 根 ｉ ｌ ｅ的 Ｆ ｅ
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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、 侧面聚集 ， 后 该现象可 以用于改善风机出 口的颗粒分离。
关键 词 ：
维普资讯
２２
ＦＬ Ｄ ＡＣＨＩ ＵＩ Ｍ ＮＥＲＹ
Ｖｏ ． ６， ． １ ３ Ｎｏ ０２， ０ ２ ０８
文 章 编 号 ： １０ －－ ２ （０ ８ ０ —０ ２— Ｏ ０ ５ －３ ９ ２０ ）２ ０ ２ ５ ０
排粉风机 内部气固两相流动特性研究
Ｌ ｉ ． ｎ Ｌ ｕ — Ｚ Ａ Ｇ Ｈ ｉ， Ｉ ｉｇ，Ｙ Ｅ Ｇ ａｇｘ Ｉ ａ ｆ ｇ ， ＶＪｎｆ ， Ｈ Ｎ ａ ＬＵ Ｑｎ Ｕ ｕ ｎ．ｉ Ｊｎ ｅ ｕ （ ．ｃ ｎｉｃａｄＴ ｃｎｃｌ ｅｖ ｅＣ ｎｅ，Ｃ ｉａＥｅｔｃ ｙＣ ｕ ｃ ， ｅ ｉｇ１０ ３ ，ｈｎ ； １ Ｓｉ ｔ ｎ ｅｈ ｉ ｒｉ ｅ ｔ ｅ ｆ ｉ ａＳ ｃ ｒ ｈｎ ｌｃ ｉ ｏｎ ｉ Ｂ ｉｎ ００ ８ Ｃ ｉａ ｉ ｒｔ ｌ ｊ
Ｏ， 术是 一项 很有 发展前 景 的方法 。在 再燃 燃 料 的使 燃 料送 入炉 内还 原 Ｎ ｘ 可 实施 燃 料 再 燃 。但
用上 ， 天然气因其本身不含氮 、 灰和硫¨ ， 因此不 由于这 部分 气体 已经过 细粉分 离 器 的分离 ， 以， 所
会加 重 Ｎ ｘ的 排放 ， Ｏ 也不 会产 生 腐蚀 性 化 合 物 ， 且 能 比其 它燃 料产 生更 多 的烃 根 ， 被 认 为 是 最 故
李建 锋 吕俊复 张 海 刘 ， ， ，
（ ． 国 电力 企 业 联 合 会 科 技 服 务 中心 ， 京 １中 北
青 岳光溪 ，
１０ ８ ） ００ ４
１０ ３ ；． 华 大 学 ， 京 ００８２清 北
摘
要 ： 采用通用计算流体力学软件 Ｆｕｎ 对某 ９— ６型风机 内部气 固两相流进行 了三维数值模拟 ， ｌｅｔ ２ 模拟 结果显示 了
２ Ｔ ｉ ｈ ａＵ ｉ ｒｉ ，Ｂ ｉｎ ００ ４ Ｃ ｉａ ． ｓ ｇ ｕ ｎ ｅｓｙ ｅ ｉｇ１０ ８ ， ｈ ） ｎ ｖ ｔ ｊ ｎ
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中图分类号 ： Ｔ ４２ Ｈ ３ 文献标识码 ： Ａ
Ｒｅ ｅ ｃ ｎ Ｃｈ ａ ｔ ｒｓｉ ｆＰａ ｔｃｅ－ ｓＴＷｏ・ ａ ｅ Ｆｌ ｗ ｎ ｉ ｈｅ Ｃｏ ｌｐ ｓ ａｒ ｈ ｏ ａｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｏ ｒ ｉｌ ・ ｇａ － ｓ ｏ ｉ ｓｄｅ ｔ ａ ・ ｏｗｄｅ ｈａ ｓ ｅ ｐｈ － ｒ Ｅｘ ｕ ｔｒ
１ 前 言
粉仓 ， 细粉分离器的排气（ 乏气） 以三次风 的形式
送 入 炉 内燃 烧 ， 因三 次 风 中含 有 １ ％ ～２ ％左 右 ０ ０
在 目前 的 Ｎ ｘ 放 抑制 技 术 中 ， 料 再燃 技 超 细煤 粉 ， 这 些 超 细煤 粉 分 离 浓 缩 后作 为再 燃 Ｏ 排 燃 将