亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        一種限高流化床內(nèi)布風板結(jié)構(gòu)的數(shù)值模擬

        2021-02-25 09:03:58游濟遠董文利張后雷
        節(jié)能技術(shù) 2021年6期
        關(guān)鍵詞:風板腔體流化床

        王 勇,游濟遠,董文利,李 莎,張后雷

        (1.南京理工大學 能源與動力工程學院,江蘇 南京 210094;2.江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗研究院,江蘇 南京 210036)

        0 引言

        固體顆粒堆積在有開孔的容器內(nèi),形成床層。當一定速度的流體通過時,會使顆粒懸浮于運動的流體中[1],這種狀態(tài)稱為固體的流化態(tài),流化態(tài)后的顆粒床層稱為流化床[2]。流化床具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、調(diào)控方便和傳熱傳質(zhì)效率高等優(yōu)點[3-4]。自1921年德國學者Winkler發(fā)明第一臺粉煤流態(tài)化氣化爐以來[5],流化床技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)中的很多方面。例如,電廠中使用循環(huán)流化床鍋爐以保證物料在爐膛內(nèi)穩(wěn)定燃燒[6],生物質(zhì)熱解液化技術(shù)也常采用流化床反應(yīng)器來提高反應(yīng)速率[7]。焦油催化裂解[8]、煙氣脫硫脫硝[9]、城市污水處理[10]等領(lǐng)域也都涉及到了流化床技術(shù)的應(yīng)用。

        布風系統(tǒng)是流化床的重要部件,主要由送風管道、風室和布風板組成。布風系統(tǒng)中的送風方式和風室/布風板結(jié)構(gòu),決定著床層中送風的均勻程度和固體顆粒的流化狀態(tài),對流化床反應(yīng)器至關(guān)重要。李亞祥等[11]利用數(shù)值模擬研究,指出側(cè)向進風可引起氣流偏斜和物料附壁等現(xiàn)象,不利于布風。當側(cè)向進風時,需采用導流部件[11]、采取雙對稱進風方式[12]或安裝氣體分布器[13],可提高送風均勻性。Bhasker等[14]通過仿真研究發(fā)現(xiàn)風室內(nèi)某些位置的低速回流區(qū)會造成布風不均勻。此外,不同的布風板開孔孔徑及布置方式會對布風產(chǎn)生不同的阻力特性,影響布風效果[15]。吳興[16]和李少華等[17]利用數(shù)值模擬研究,指出在開孔孔徑一致的情況下,三角形均勻排布的圓形開孔比環(huán)形排列或正方形排列更有利于物料的均勻流化。Hartge等[18]研究發(fā)現(xiàn),布風板風帽的內(nèi)芯筒直徑是決定其阻力特性的關(guān)鍵因素,阻力隨內(nèi)徑的減小而增大,布風均勻性隨內(nèi)徑的減小而增強。

        總體而言,當前國內(nèi)外學者對流化床布風系統(tǒng)的研究大多以均勻開孔的布風板為研究對象,忽略了開孔孔徑對布風性能的影響。在這種情況下,往往需要采取復雜特殊的送風方式或需要加長布風室長度,才能達到均勻布風的目的,這在實際工程中會增加反應(yīng)器的設(shè)備成本,降低技術(shù)的經(jīng)濟效益。本文針對實際工程項目中一個限定送風腔體高度的生物質(zhì)流化床熱解反應(yīng)器,開展一種簡單送風方式下布風板非均勻開孔結(jié)構(gòu)及布置位置的仿真優(yōu)化設(shè)計。

        1 研究模型的介紹

        本文研究的帶有布風腔的流化床熱解反應(yīng)器結(jié)構(gòu)如圖1(a)所示。下端為送風入口管道,其內(nèi)徑設(shè)計為100 mm,高度為100 mm。與入口管道和布風腔主體連接的是一個高度為240 mm的錐形擴散管。擴散管上端為內(nèi)徑600 mm、高度600 mm的布風腔體。

        圖1 流化床熱解反應(yīng)器布風腔體示意圖:(a)不含布風板的布風腔體平面示意圖;(b)含布風板的布風腔體三維模型示意圖

        布風設(shè)計的要求是,在維持布風腔體總高度不變的情況下,布風腔內(nèi)布置布風板,通過合理設(shè)計布風板板孔結(jié)構(gòu)及布風板軸向(高度方向)位置,使得進風通過布風板發(fā)展一段距離后,在離開布風腔時的風速能達到均勻分布狀態(tài)。布風后均勻風速的設(shè)計值為0.5 m/s,為生物質(zhì)熱解液化時所需要的風速條件[14]。該風量條件下入口管內(nèi)的送風風速為18 m/s。

        含有布風板的布風腔模型如圖1(b)所示,布風板的厚度設(shè)計為20 mm,圖中高度H為布風板底部與錐形管頂部之間的距離。本文研究中,首先將H值設(shè)定為300 mm,開展布風板開孔結(jié)構(gòu)的數(shù)值計算,進而對布風板的布置高度H進行優(yōu)化計算。

        為了定量評價布風腔出口截面流場分布的均勻程度,陶紅歌等[19]提出基于面積加權(quán)平均速度Va和質(zhì)量加權(quán)平均速度Vm的流動均勻性評價指標,引入均勻度λ的概念

        在布風板開孔設(shè)計的數(shù)值模擬中,出口截面的Va和Vm值可利用模擬軟件直接算出,進而可求解出口截面均勻度λ的大小。λ越大,表示出口截面流體的速度分布越均勻。

        2 數(shù)值計算方法

        利用三維建模軟件構(gòu)建出布風區(qū)域的三維模型,再將其導入ICEM CFD中進行網(wǎng)格劃分,最后利用Fluent讀取網(wǎng)格文件進行數(shù)值求解。

        利用ICEM CFD進行網(wǎng)格劃分時,不含布風板的模型較為簡單,采用結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分方法,生成的網(wǎng)格中含有319 725個六面體網(wǎng)格單元。含有布風板的流化床布風腔模型較為復雜,采用非結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)格劃分方法,生成的網(wǎng)格中含有2 406 486個四面體網(wǎng)格單元,以及307 920個三棱柱體網(wǎng)格單元。上述網(wǎng)格獨立性經(jīng)檢驗均滿足計算要求。

        利用Fluent軟件,選取基于壓力的求解器,壓力與速度采用Simplec方法解耦[20],采用Standardk-ε湍流模型和近壁面函數(shù)處理方法,以及無滑移絕熱壁面、速度進口和壓力出口的邊界條件??諝馊肟跍囟葹?0 ℃,流速為18 m/s,出口壓力為0.1 MPa。最后采用一階迎風差分控制方程進行計算求解。

        3 結(jié)果與討論

        3.1 不含布風板時布風腔內(nèi)的流場分布

        圖2所示為不設(shè)置布風板時,布風腔內(nèi)軸向中心截面(a)及出口徑向截面(b)的流體速度場分布云圖。可以看出,在極強的慣性力作用下,18 m/s的進風在擴散管段及大口徑直管段中并未達到顯著分散的狀態(tài)。出口截面中心處的風速約為15 m/s,往中心外側(cè)風速則迅速降低至小于1 m/s??傮w來看,布風腔出口中心位置處和邊沿區(qū)域的風速差距較大,徑向出口截面流體速度分布的均勻度λ只有33.9%。

        圖2 不含布風板時流化床布風腔內(nèi)流體的速度分布云圖:(a)軸向中心截面速度分布;(b)徑向出口截面速度分布

        3.2 布風板開孔結(jié)構(gòu)的設(shè)計與分析

        布風板的開孔形式主要有正方形開孔排布、三角形開孔排布和圓形開孔排布,且大多數(shù)研究采用孔徑一致的開孔方式[14,21]。本文模型中,經(jīng)分析,如果采用均勻開孔且孔徑一致的布風板設(shè)計方法,在限定布風腔體高度的情況下,送風在達到出口時中心風速仍較周圍風速偏大,無法滿足均勻布風的設(shè)計要求。因而,考慮到小管徑進風導致的腔體入口中心位置處風量大、慣性強的因素,在布風板開孔時應(yīng)加大中心位置處的布風阻力,而適當減弱邊沿區(qū)域的布風阻力,才有可能使得布風更加均勻。在本文研究中,采用圓形小孔在布風板上同心排布的布風板開孔形式,在數(shù)值模擬分析的過程中,將大風速區(qū)域的孔徑逐漸減小,小風速區(qū)域的孔徑逐漸加大,以使風速在布風腔出口截面處的分布更加均勻。

        經(jīng)反復設(shè)計和計算,針對本研究模型確立圖3所示的優(yōu)化的布風板開孔結(jié)構(gòu)。布風板中心為一個4 mm直徑的圓形開孔,在半徑位置上間距為47 mm的同心圓上均勻分布多個等徑開孔:第一圈是6個直徑為4 mm的圓孔,第二圈是12個直徑為12 mm的圓孔,第三圈是18個直徑為16 mm的圓孔,第四圈是24個直徑為20 mm的圓孔,第五圈是30個直徑為20 mm的圓孔,第六圈是36個直徑為16 mm的圓孔。將該布風板放置于布風腔高度H為300 mm的位置時,流化床送風腔體內(nèi)軸向中心截面和徑向出口截面的流體速度分布分別如圖4(a)、(b)所示。

        圖3 布風板開孔結(jié)構(gòu)設(shè)計平面示意圖

        圖4 含布風板的流化床布風腔內(nèi)流體的速度分布云圖:(a)軸向中心截面速度分布;(b)徑向出口截面速度分布

        從圖4(a)可以看出,未達到布風板時,風力場呈現(xiàn)出中心風速大,周圍風速弱的分布狀態(tài)。達到布風板時,布風板上各小孔進口處流體速度的均勻程度顯著增強。風量在向四周分配的過程中也在布風板下層腔體中形成了回流區(qū)域。在通過布風板重新分配風量后,各布風孔出口處流體的風速逐步接近,再在布風板上層發(fā)展一段距離后,風速在布風腔出口附近處達到了更為均勻的分布狀態(tài)。從圖4(b)可以觀察到,布風腔出口徑向截面流體的速度分布在0~0.9 m/s范圍內(nèi)。利用Fluent計算得到出口截面的面積平均加權(quán)速度為0.52 m/s,質(zhì)量加權(quán)平均速度為0.55 m/s,速度分布的均勻度為94.5%,可以判斷布風腔體出口截面處流體的速度分布均勻性很好。

        3.3 布風板布置高度的設(shè)計計算

        3.2節(jié)在布風板布置高度固定(H=300 mm)的情況下,分析得到了優(yōu)化的布風板開孔形式,本節(jié)進一步針對布風板布置高度進行模擬計算與優(yōu)化分析。將H值分別設(shè)定為100 mm、200 mm、350 mm,得到布風腔體內(nèi)流體的速度分布云圖如圖5所示,出口截面面積加權(quán)平均速度、質(zhì)量加權(quán)平均速度以及流場均勻度結(jié)果如表1所示。

        表1 不同布風板布置高度下布風腔出口徑向截面速度的均勻度對比

        從圖5(a)可以看到,當H為100 mm時,布風板下表面與擴散管內(nèi)壁形成的腔體容積較小,進風形成了劇烈的回流。該劇烈回流區(qū)造成布風板下側(cè)進風口附近風速不均,布風板上下兩側(cè)局部壓差沿徑向分布不均,對布風產(chǎn)生不利影響。隨著布風板的布置高度增加至200 mm和300 mm時,布風腔下側(cè)容積增加,布風回流區(qū)逐步得到充分發(fā)展,布風板下側(cè)進風孔附近處流體速度沿徑向分布更加均勻。從圖5(b)中可以看出:當H=100 mm時,布風腔出口徑向截面中心處和邊沿區(qū)域流體速度差異較大;隨著H增加到200 mm,邊沿區(qū)域流場分布較為均勻,并且逐漸向中心區(qū)域擴散;當H=300 mm時,出口截面流體速度分布的均勻程度進一步提高,較高流速區(qū)面積及局部流速差異均明顯降低。當布風板高度H增大到350 mm時,布風腔下側(cè)回流區(qū)基本消失,但由于布風腔上側(cè)容積過小,布風板孔出口風速未得到充分發(fā)展,導致出口截面徑向速度梯度開始變大。

        圖5 不同布風板布置高度下布風腔內(nèi)軸向中心截面速度:(a)出口徑向截面速度;(b)分布云圖

        從表1所示的數(shù)據(jù)可直觀看出,將布風板的布置高度設(shè)置為300 mm時,在本研究布風模型及布風量的條件下,布風腔出口徑向截面處的面積加權(quán)平均速度和質(zhì)量加權(quán)平均速度與設(shè)計值0.5 m/s最為接近,并且流場的均勻度最高。

        4 結(jié)論

        本文對于一種限定送風腔體高度為600 mm的流化床熱解反應(yīng)器,采用數(shù)值模擬方法探究了布風板開孔結(jié)構(gòu)以及軸向放置高度H對布風腔內(nèi)流場分布的影響,同時引入均勻度概念評估徑向出口截面流體速度分布的均勻程度。主要研究結(jié)論如下:

        (1)采取中間開孔小,越往外側(cè)開孔直徑逐漸增大,最外側(cè)和次外測開孔直徑再次減小的布風板開孔形式,是一種優(yōu)化的布風板結(jié)構(gòu)。在對風量進行重新分配后,布風腔出口的徑向截面速度分布可達到均勻分布狀態(tài);

        (2)當布風板軸向位置太低時,布風板與擴散管之間形成的回流區(qū)會對布風產(chǎn)生不利影響,而位置過高時,通過布風板后的流場無法充分發(fā)展。經(jīng)過計算,300 mm為布風板的一個優(yōu)化放置高度,出口截面平均速度最接近0.5 m/s,速度分布均勻度達到94.5%。

        猜你喜歡
        風板腔體流化床
        雙層濾料顆粒床布風板及其壓降分析
        高鐵復雜腔體鑄造數(shù)值仿真及控制技術(shù)研究
        高鐵制動系統(tǒng)復雜腔體鑄造成形數(shù)值模擬
        空癟核桃風選機風選系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計
        流化床丙烷脫氫反應(yīng)段的模擬及優(yōu)化
        橡膠擠出裝置
        鐵路沿線下導風板對風沙流場的控制規(guī)律
        關(guān)于循環(huán)流化床鍋爐集控運行研究
        單沉浸管流化床內(nèi)離散顆粒數(shù)值模擬
        開孔金屬腔體場強增強效應(yīng)分析
        在线观看国产视频你懂得| 久久成人免费电影| 日本高清色惰www在线视频| 国产精品一区二区三区女同| 中文乱码字字幕在线国语| 色avav色av爱avav亚洲色拍| 国产精品久久久久久久成人午夜| 久久无码高潮喷水抽搐| 熟女人妻一区二区三区| 男人的天堂av网站| 亚洲精品无码久久久久sm| 91福利国产在线观看网站| 侵犯了美丽丰满人妻中文字幕| 亚洲av永久无码精品漫画| 久久综合精品国产丝袜长腿| 中文亚洲AV片在线观看无码| 中文字幕人妻互换激情| 亚州国产av一区二区三区伊在| 亚洲国产精品特色大片观看完整版| 国色天香精品亚洲精品| 一个人午夜观看在线中文字幕 | 国产高清乱码又大又圆| 大肉大捧一进一出好爽视色大师 | 又色又爽又黄又硬的视频免费观看| 在线观看亚洲你懂得| 久久国产精品亚洲我射av大全| 热99re久久精品这里都是精品免费| 精品国产乱码久久久软件下载 | 日本高清www无色夜在线视频| 日韩免费高清视频网站| 91久久精品一区二区| 全免费a敌肛交毛片免费| 93精91精品国产综合久久香蕉| 亚洲一区二区av偷偷| 插入日本少妇一区二区三区| 亚洲av麻豆aⅴ无码电影| 国产va免费精品高清在线观看| 永久免费看黄网站性色| 亚洲人成影院在线无码按摩店| 国产精品久久国产精麻豆99网站| 99久久无色码中文字幕鲁信|