CO2高壓超濃相煤粉氣力輸送流動特征的數(shù)值模擬.pdf

1、提高我國的煤炭利用效率的最主要途徑之一就是研制和推廣應(yīng)用煤氣化技術(shù)，高壓超濃相干煤粉的氣力輸送是氣流床煤氣化的關(guān)鍵技術(shù)之一，實現(xiàn)其穩(wěn)定輸送是氣化工藝的安全運行和氣化品質(zhì)的重要保證。
　　粉體高壓超濃相氣力輸送過程中固相體積濃度高，流動形態(tài)復(fù)雜，相關(guān)的流動規(guī)律和機(jī)理認(rèn)識還不清晰，該研究目前在國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)報道還很少。本課題以國家“973”項目“高壓下不同載氣多原料超濃相氣力輸送機(jī)理及流動特性研究”為背景，在本課題組已有氮氣高壓超濃相

2、煤粉氣力輸送數(shù)值模擬研究成果的基礎(chǔ)上，對二氧化碳為輸送介質(zhì)的煤粉高壓超濃相氣力輸送的流體動力學(xué)特性進(jìn)行數(shù)值模擬研究。本文研究將為二氧化碳輸送介質(zhì)的高壓超濃相煤粉輸送試驗研究提供補(bǔ)充和理論指導(dǎo)。
　　本文通過對氣固兩相流進(jìn)行全面的力學(xué)分析，引入顆粒動理學(xué)理論，建立了可以描述高壓超濃相氣力輸送的氣固湍流流動特性的三維兩相流κ-ε-κp-εp模型。該模型充分考慮了高顆粒濃度下氣固之間的曳力、氣相雷諾應(yīng)力、固相雷諾應(yīng)力、氣相速度脈動與固相

3、速度脈動引起的氣固之間的湍動能交換。此外，本文引入固相湍流模式來描述顆粒團(tuán)的脈動，修正了顆粒動理學(xué)只考慮單個顆粒的脈動的局限性。同時，本文采用垂直管、彎管和水平管一體化建模方式，對垂直管給定均勻濃度的進(jìn)口條件，大大改善了以往研究者對水平管和水平彎管進(jìn)口固相體積濃度給定的困難，使得模擬結(jié)果更為準(zhǔn)確、可靠。
　　通過數(shù)值模擬研究與實驗比較分析，獲得了上升垂直管中氣固兩相流動的速度和體積濃度分布，得到了顆粒粒徑，輸送壓力，表觀氣速對氣固

4、兩相流動的特性的影響規(guī)律。上升垂直管中，固相濃度分布呈現(xiàn)環(huán)核結(jié)構(gòu)，氣固兩相速度在管道中心達(dá)到最大值，氣固之間的速度矢量相似；粒徑大的煤粉體積濃度分布較大，而顆粒速度較??；輸送壓力大的固相體積濃度分布相對較低，固相速度相對較大；垂直管壓降的模擬和試驗結(jié)果吻合較好，進(jìn)一步驗證了本文模型合理性。
　　本文通過建立垂直下降管-彎管-水平管(該水平管段簡稱為下降水平管)和垂直上升管-彎管-水平管(該水平管簡稱上升水平管)兩種不同輸送方式的一

5、體化管道，對水平管段的氣固兩相流動特性進(jìn)行三維數(shù)值模擬。獲得了下降水平管段固相濃度分布的一般規(guī)律，以及煤粉粒徑、表觀氣速對下降水平管固相濃度、固相速度分布的影響規(guī)律。得到了上升水平管中氣固兩相運動的一般規(guī)律：固相在管道進(jìn)口段集中在管道上部，下部固相體積濃度較低，隨著輸送距離的延長煤粉逐漸降落，達(dá)到固相濃度上低下高的穩(wěn)定輸送狀態(tài)。同時還得到了煤粉粒徑、輸送壓力、表觀氣速對上升水平管初始段煤粉沉降和固相濃度分布的影響。在水平管段氣固兩相穩(wěn)定