基于计算流体力学-离散单元法的U形管冲蚀磨损数值模拟研究

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作者 梁景银 许磊 +1 位作者 陈文飞 包士毅 《高技术通讯》 CAS 北大核心 2024年第5期545-554,共10页

采用计算流体力学-离散单元法(CFD-DEM)和切向撞击能模型(SIEM)来研究气固两相流中高速煤粉颗粒冲击导致的U形弯管冲蚀磨损问题。分析了颗粒粒径、气体流速、固体颗粒形状对其冲蚀磨损特性的影响,并验证粗粒化模型应用于此磨损过程的准... 采用计算流体力学-离散单元法(CFD-DEM)和切向撞击能模型(SIEM)来研究气固两相流中高速煤粉颗粒冲击导致的U形弯管冲蚀磨损问题。分析了颗粒粒径、气体流速、固体颗粒形状对其冲蚀磨损特性的影响,并验证粗粒化模型应用于此磨损过程的准确性。结果表明,U形弯头的冲蚀磨损位置主要有3处;磨损率随粒径的增大呈现整体减小的趋势;U形管拱背磨损率随气速的增加而增大,且前2处磨损率峰值位置随气速的增加向入口方向偏移;长椭球对U形管造成的磨损最严重,扁椭球次之,球形最轻;粗粒化CFD-DEM能够基本准确预测U形管冲蚀磨损,且显著降低计算时间。 展开更多

关键词 气固两相流 计算流体力学-离散单元法(CFD-DEM) U形管 冲蚀磨损 颗粒形状 粗粒化模型

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基于气泡群相间作用力模型的加压鼓泡塔流体力学模拟 被引量：3

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作者 刘鑫 张煜 +1 位作者 张丽 靳海波 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期87-96,共10页

目前,多数文献报道了冷态加压湍动鼓泡塔内流动特征,并且通过实验数据回归相关经验关联式。然而,此类关联式适用范围有限,难以直接外推到工业鼓泡塔反应器条件。因此,在FLUENT平台上建立了基于气泡群相间作用力的、动态二维加压鼓泡塔... 目前,多数文献报道了冷态加压湍动鼓泡塔内流动特征,并且通过实验数据回归相关经验关联式。然而,此类关联式适用范围有限,难以直接外推到工业鼓泡塔反应器条件。因此,在FLUENT平台上建立了基于气泡群相间作用力的、动态二维加压鼓泡塔计算流体力学模型。通过数值模拟考察了操作压力为0.5~2.0 MPa,表观气速为0.20~0.31 m·s^(-1),内径0.3 m鼓泡塔内流场特性参数分布,并且与冷态实验数据进行比较。结果表明,采用修正后的气泡群曳力模型、径向力平衡模型以及壁面润滑力模型描述气泡群相间作用力,能够较为准确地反映平均气含率和气含率径向分布随操作压力和表观气速变化的规律。 展开更多

关键词 鼓泡塔 气液两相流 计算流体力学 气泡群曳力模型 径向力平衡模型 壁面润滑力模型

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基于EMMS方法的鼓泡塔反应器CFD及群平衡模拟 被引量：9

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作者 王珏 杨宁 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第7期2667-2677,共11页

能量最小多尺度(energy-minimization multi-scale,EMMS)方法已经被应用于气液体系中群平衡(population balance model,PBM)模型的改进。EMMS模型可计算气泡破碎聚并过程的能量,进而获得聚并速率的修正因子。应用这一模型对高气速鼓泡... 能量最小多尺度(energy-minimization multi-scale,EMMS)方法已经被应用于气液体系中群平衡(population balance model,PBM)模型的改进。EMMS模型可计算气泡破碎聚并过程的能量,进而获得聚并速率的修正因子。应用这一模型对高气速鼓泡塔进行了模拟计算,并进一步对比了均一尺径模型、CFD-PBM模型以及CFD-PBM-EMMS模型的模拟结果与实验数据。结果表明,在高表观气速条件下,基于EMMS方法的群平衡模型可以更加准确地预测鼓泡塔中不同高度的气泡尺径分布和轴向液速,同时提高了对整体气含率和局部气含率的模拟准确性。在表观气速为0.16 m·s^(-1)和0.25 m·s^(-1)时,CFD-PBM-EMMS模型对气泡尺径分布的预测精度更高,同时整体气含率模拟的相对误差下降为5%和15%,局部气含率模拟平均相对误差下降为8%和17%。 展开更多

关键词 计算流体力学 群平衡模型 鼓泡塔 气含率 气泡尺径分布

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气固流化床化学反应数值模拟中颗粒尺度模型研究进展 被引量：3

4

作者 邱沫凡 蒋琳 +3 位作者 刘荣正 刘兵 唐亚平 刘马林 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期5047-5058,共12页

气固流化床由于其优良的气固接触效率和传热传质效率,已经被广泛应用于能源、矿冶、化工、制药等工业领域。本文针对颗粒流态化-反应系统数值模拟研究进行了综述,阐述了数值模拟的三个尺度:化学反应工程模型、双流体模型以及颗粒尺度模... 气固流化床由于其优良的气固接触效率和传热传质效率,已经被广泛应用于能源、矿冶、化工、制药等工业领域。本文针对颗粒流态化-反应系统数值模拟研究进行了综述,阐述了数值模拟的三个尺度:化学反应工程模型、双流体模型以及颗粒尺度模型。然后聚焦于基于CFD-DEM方法的变粒径颗粒流态化-化学反应过程模拟,梳理分析了6种颗粒反应模型,即均匀转化模型、缩粒反应模型、缩核反应模型、联合收缩模型、细颗粒反应模型和随机孔隙模型,并从颗粒性质变化、化学反应模型、不同尺度耦合三个角度探讨了不同的颗粒反应模型的优点和应用中的局限性,分析了跨尺度颗粒系统模拟方法的发展近况,最后讨论了CFD-DEM方法在气固流化床化学反应过程模拟的应用上未来可能的发展方向,包括颗粒尺度大规模高效计算算法、颗粒反应模型的精确化以及颗粒-气体信息传递的精细化描述方面。有助于气固流化床化学反应模拟领域的梳理和发展,尤其是可供颗粒尺度模拟领域的研究人员参考和借鉴。 展开更多

关键词 气固流化床化学反应 多尺度模拟方法 计算流体力学-离散单元法 颗粒尺度反应模型

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工业气固流化床内流场的CFD-PBM数值模拟和结构优化 被引量：1

5

作者 毛宁轩 万小维 +2 位作者 鞠杰 胡彦杰 江浩 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期13-20,共8页

流化床内的多级几何结构影响其内流体的动力学、热力学以及化学反应等参数,对于流化床内流场的数值模拟研究有助于理解其内复杂的流动特性,建立流化床的几何结构和操作条件优化的理论基础,从而提高流化床的传质效率和性能。以计算流体... 流化床内的多级几何结构影响其内流体的动力学、热力学以及化学反应等参数,对于流化床内流场的数值模拟研究有助于理解其内复杂的流动特性,建立流化床的几何结构和操作条件优化的理论基础,从而提高流化床的传质效率和性能。以计算流体力学理论为基础建立了气固流化床内流场的数值模拟方法,研究了风帽的几何结构、筒径和帽檐长度对工业气固流化床内流场的影响规律。在此基础上,结合群体平衡方程矩方法,构建了计算流体力学-群体平衡模型(computational fluid dynamics-population balance model,CFD-PBM),利用该模型建立了工业气固流化床中纳米颗粒流化状态和团聚行为的数值模拟方法,进一步验证了筒径对流化床内纳米颗粒流化状态的影响规律。研究表明,筒径为260mm时,风帽四周气速分布均匀且风帽下端气流死区面积最小;帽檐长度为风帽出风口尺寸的1/2时,流化床内气速分布更均匀。 展开更多

关键词 流化床 计算流体力学-群体平衡模型 数值模拟 优化设计 纳米颗粒

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多纤维捕集过程中细颗粒湍流团聚模拟研究 被引量：1

6

作者 张俪安 刁永发 +3 位作者 楚明浩 贾中坚 沈恒根 孙静 《中国环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第10期4572-4578,共7页

基于随机多层纤维过滤介质算法建立了平板式三维拟态化结构.利用计算流体力学-颗粒群平衡模型(CFD-PBM)对多纤维捕集过程中细颗粒湍流团聚进行数值模拟研究,并采用分区法求解颗粒群平衡方程(PBE).通过控制变量法分析表明:多纤维捕集过... 基于随机多层纤维过滤介质算法建立了平板式三维拟态化结构.利用计算流体力学-颗粒群平衡模型(CFD-PBM)对多纤维捕集过程中细颗粒湍流团聚进行数值模拟研究,并采用分区法求解颗粒群平衡方程(PBE).通过控制变量法分析表明:多纤维捕集过程中存在着明显的颗粒团聚行为.粉尘颗粒的团聚程度随停留时间增加而增强,当t≥l/v(速度方向模型尺寸长度/入口风速),团聚逐渐趋于稳定;当v_(max)·t≤l,入口风速越大,颗粒团聚程度和团聚速率越大,最终的团聚程度取决于入口风速和停留时间;颗粒粒径越大,粉尘颗粒的团聚程度和团聚速率越小.出口颗粒平均粒径与初始粒径相比增长倍数越小.粉尘颗粒体积分数越大,颗粒团聚程度以及团聚速率越大.当v=0.1m/s,d_(p)=1.0μm,VF>0.003636,Bin-7~Bin-0区间数量浓度对数分布呈线性比例关系. 展开更多

关键词 计算流体力学-颗粒群平衡模型 颗粒群平衡方程 分区法 湍流团聚 多纤维

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鼓泡塔中离子液体-空气两相流的CFD-PBM耦合模拟 被引量：18

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作者 徐琰 董海峰 +2 位作者 田肖 张香平 张锁江 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第10期2699-2706,共8页

针对咪唑类离子液体介质,采用Eule-rEuler双流体模型与群平衡模型(PBM)耦合的方法,引入由实验结果拟合获得的适用于该介质的气液相间曳力系数模型,对内径0.203 m、高2 m的鼓泡塔中离子液体-空气两相流进行计算流体力学模拟,研究了不同... 针对咪唑类离子液体介质,采用Eule-rEuler双流体模型与群平衡模型(PBM)耦合的方法,引入由实验结果拟合获得的适用于该介质的气液相间曳力系数模型,对内径0.203 m、高2 m的鼓泡塔中离子液体-空气两相流进行计算流体力学模拟,研究了不同表观气速下塔内气液两相速度场分布、气含率和气泡尺寸分布等流体动力学性质。与现有的相间曳力系数模型Schille-rNaumann模型模拟结果对比,采用本文模型得到的气含率与实验值吻合更好,气泡尺寸分布与实验结果一致。 展开更多

关键词 离子液体 鼓泡塔 计算流体力学 Euler—Euler模型 群平衡模型

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单沉浸管流化床内离散颗粒数值模拟 被引量：3

8

作者 任立波 韩吉田 赵红霞 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期150-156,共7页

基于FLUENT软件信息传递模式的多点接口(MPI)并行计算平台,在二次开发框架内通过用户自定义函数(UDFs)文件发展计算流体力学-离散单元法(CFD-DEM)耦合并行算法.该算法具有随计算节点数增加的良好扩展性能和加速性能.采用该算法数值模拟... 基于FLUENT软件信息传递模式的多点接口(MPI)并行计算平台,在二次开发框架内通过用户自定义函数(UDFs)文件发展计算流体力学-离散单元法(CFD-DEM)耦合并行算法.该算法具有随计算节点数增加的良好扩展性能和加速性能.采用该算法数值模拟了单沉浸管流化床内的颗粒混合过程,揭示了气固两相的运动特性和颗粒混合机制,考察了沉浸管的磨损特性.结果表明:沉浸管引起床内气泡的聚并和破碎,气泡主要绕沉浸管而非沿两侧壁向上移动,随着表观气速的增加,气相流场沿径向的分布更加均匀;颗粒宏观流动结构与分布呈现出明显的径向非均匀特性;沉浸管的存在和表观气速的增加均有助于颗粒混合,使颗粒达到完全混合的时间减少;颗粒撞击管壁的频次和冲刷速度是造成沉浸管磨损的主要原因. 展开更多

关键词 计算流体力学-离散单元法耦合并行模型 单沉浸管流化床 流动特性 颗粒混合 磨损

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离心萃取器混合区内三相流的CFD-PBM模拟 被引量：4

9

作者 段五华 王澄谦 郑强 《流体机械》 CSCD 北大核心 2021年第11期25-32,共8页

为获得环隙式离心萃取器运行时混合区内真实气-液-液三相流流动特性,采用欧拉-欧拉多相流模型和群体平衡模型(PBM),并分别采用模拟软件ANSYS自带的MUSIG和直接正交矩量法(DQMOM)求解群体平衡模型,对Ф70 mm环隙式离心萃取器混合区内气-... 为获得环隙式离心萃取器运行时混合区内真实气-液-液三相流流动特性,采用欧拉-欧拉多相流模型和群体平衡模型(PBM),并分别采用模拟软件ANSYS自带的MUSIG和直接正交矩量法(DQMOM)求解群体平衡模型,对Ф70 mm环隙式离心萃取器混合区内气-液-液三相流进行了CFD-PBM模拟研究,以获得气-液-液三相流的相分布和液滴平均直径(d_(32))分布。结果表明,混合区内有机相在两相混合液中分布比较均匀,但在局部地区形成了富有机相区和富水相区;流体的湍流动能和湍动耗散率在自由液面处和转筒外壁处较大,而在混合区旋涡中心处则较小;当两进口水相平均流速均为0.02 m/s,进口有机相体积分数为0.01,转速为1 800~3 600 r/min时,通过MUSIG模拟获得的混合区中气-液-液三相流中有机相的d_(32)为110~150 μm,而通过DQMOM模拟获得的混合区中气-液-液三相流中有机相的d_(32)为50~130 μm,并与试验测得的结果基本一致,且d_(32)随着转速的增大和进口有机相体积分数的减小而减小。 展开更多

关键词 环隙式离心萃取器 计算流体力学(CFD) 群体平衡模型(PBM) 气-液-液三相流

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颗粒特性对撞击分离器性能影响的实验与数值研究 被引量：8

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作者 冯乐乐 王景玉 +4 位作者 吴玉新 张海 张缦 吕俊复 岳光溪 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第8期3348-3355,共8页

颗粒-壁面撞击行为和气固相间作用对撞击分离器的性能具有重要影响。基于玻璃珠及煤粉的单颗粒撞击实验数据建立平均撞击恢复系数模型,采用非球形颗粒曳力模型对平板式撞击分离器的分离性能和气固流动开展数值研究。结果表明,采用基于... 颗粒-壁面撞击行为和气固相间作用对撞击分离器的性能具有重要影响。基于玻璃珠及煤粉的单颗粒撞击实验数据建立平均撞击恢复系数模型,采用非球形颗粒曳力模型对平板式撞击分离器的分离性能和气固流动开展数值研究。结果表明,采用基于实验的平均恢复系数模型以及考虑颗粒形状的曳力模型,能够准确地预测撞击式分离器的总分离效率和分级分离效率。颗粒分离过程中,Stokes数较大的颗粒对颗粒-壁面撞击模型比较敏感,Stokes数较小的颗粒对气固曳力模型比较敏感。 展开更多

关键词 分离 颗粒流 计算流体力学 颗粒-壁面撞击模型 非球形颗粒曳力模型

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虾饲料颗粒对自动饲喂系统提升管管壁的磨损研究 被引量：1

11

作者 王腾 胡国胜 +2 位作者 王雨 赵文捷 宋君萍 《饲料工业》 CAS 北大核心 2023年第10期7-11,共5页

实验针对虾饲料颗粒对气力输送自动饲喂系统管道的磨损开展研究。基于气固两相流理论,建立计算流体模型与离散元模型,通过计算流体力学与离散单元法耦合求解,探究气力输送自动饲喂系统提升管角度与入口风速对弯管内法向与切向磨损的影... 实验针对虾饲料颗粒对气力输送自动饲喂系统管道的磨损开展研究。基于气固两相流理论,建立计算流体模型与离散元模型,通过计算流体力学与离散单元法耦合求解,探究气力输送自动饲喂系统提升管角度与入口风速对弯管内法向与切向磨损的影响。结果表明:提升管角度对法向和切向累积接触能影响不大,较大提升管角度可显著减小管道切向磨损面积;入口风速对法向和切向累积接触能影响较大,且较小入口风速可显著降低管道法向磨损面积。研究结果可为虾饲料自动饲喂系统的设计优化提供理论指导。 展开更多

关键词 气力输送自动饲喂系统 磨损 虾饲料颗粒 计算流体力学-离散元耦合法 相对磨损模型

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立式双桨搅拌槽内液-液分散特性的CFD-PBM模拟

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作者 赵爽 周含 +1 位作者 鲍迪 唐晓津 《石油炼制与化工》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期65-72,共8页

将破碎核函数应用于群体平衡模型(PBM)中,并与计算流体力学(CFD)方法进行耦合,开展了不同类型搅拌桨组合下搅拌槽内液滴尺寸分布和液-液分散特性的模拟研究。结果表明:推进桨(TXL)可促进流体的轴向混合,涡轮桨(RT)有利于流体分散,不同... 将破碎核函数应用于群体平衡模型(PBM)中,并与计算流体力学(CFD)方法进行耦合,开展了不同类型搅拌桨组合下搅拌槽内液滴尺寸分布和液-液分散特性的模拟研究。结果表明:推进桨(TXL)可促进流体的轴向混合,涡轮桨(RT)有利于流体分散,不同搅拌桨组合下的流场特征存在显著的差异;相同转速下抽吸桨(PM)+TXL组合桨拥有较小的功率消耗,而RT+RT组合桨的功率消耗较大;挡板的存在能够有效促进液滴破碎,且挡板对PM+RT组合桨搅拌下分散性能的影响显著大于另外两种搅拌桨组合。基于本研究结果,在双层桨搅拌槽的工业应用中,应首先考虑挡板的应用,在对液滴分散性能要求较小时,应优选带轴流型的PM+TXL组合桨;在对液滴分散性能有较高的要求时,应优选带档板的PM+RT组合桨。 展开更多

关键词 群体平衡模型 计算流体力学 搅拌槽 组合桨 液-液分散

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CFD-PBM耦合模型用于浆态床反应器的研究进展

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作者 沈宪琨 贾志勇 +1 位作者 蓝晓程 王铁峰 《化工进展》 2025年第8期4408-4418,共11页

计算流体力学-群体平衡模型(CFD-PBM)由于结合了CFD预测流场信息和PBM计算气泡尺寸分布两方面的优势,被广泛应用于鼓泡塔反应器的数值模拟。但目前大多数研究工作主要针对常压下空气-水体系,其结果无法直接应用到高温、高压下操作的真... 计算流体力学-群体平衡模型(CFD-PBM)由于结合了CFD预测流场信息和PBM计算气泡尺寸分布两方面的优势,被广泛应用于鼓泡塔反应器的数值模拟。但目前大多数研究工作主要针对常压下空气-水体系,其结果无法直接应用到高温、高压下操作的真实工业浆态床反应器中。本文从不同操作环境下气泡破碎及聚并行为建模角度出发,阐述了压力、黏度、表面张力及颗粒对流体力学行为影响的最新进展。模拟结果表明,CFD-PBM耦合模型可以准确描述浆态床内流体力学行为,与传统的经验关联式相比模型适用性更广。目前的模拟工作大多集中在实验室规模浆态床反应器的冷模研究,未来需要克服工业规模反应器多尺度耦合的难题,从而推动CFD-PBM耦合模型从实验室规模模拟向工业应用跨越。 展开更多

关键词 计算流体力学-群体平衡模型 浆态床反应器 气泡破碎 气泡聚并 多相流 流体动力学

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喷射型环流反应器中气含率和液速的分布 被引量：2

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作者 卢浩然 高用祥 +2 位作者 成有为 王丽军 李希 《高校化学工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第5期1088-1095,共8页

喷射型环流反应器拥有良好的固体悬浮、液相混合与气液传质性能。在表观气速0.065-0.105 m?s-1的半间歇操作条件下,实验测量了喷射型环流反应器内的气含率以及液速的空间分布。在实验的基础上对反应器进行了三维瞬态的CFD模拟,并且用耦... 喷射型环流反应器拥有良好的固体悬浮、液相混合与气液传质性能。在表观气速0.065-0.105 m?s-1的半间歇操作条件下,实验测量了喷射型环流反应器内的气含率以及液速的空间分布。在实验的基础上对反应器进行了三维瞬态的CFD模拟,并且用耦合群平衡模型(PBM)来模拟系统内气泡的聚并破碎行为。喷嘴的高速射流产生一定比例的大气泡驱动液体循环,使循环液速成倍增加。大气泡浮升过程中逐渐破碎成小气泡,导致提升管内的气含率随着轴向塔高增高而增大,降液管中也有类似的分布。实验和模拟都表明,喷射型环流反应器内由于喷嘴的使用导致了分布器影响区的明显延长,不存在流动充分发展的区域。 展开更多

关键词 喷射型环流反应器 分布器影响区 气含率和液速分布 计算流体力学(CFD) 群平衡模型(PBM)

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