磁流化床氣固兩相流動(dòng)的數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、磁流化床將流態(tài)化技術(shù)與電磁技術(shù)相結(jié)合,是一種新型、高效的流態(tài)化技術(shù).由于氣固流化床具有流化質(zhì)量高、穩(wěn)定性好,床層壓降小等優(yōu)點(diǎn),在化工,能源,環(huán)保,生物和食品等許多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景.該文從理論分析,數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究三個(gè)方面闡述并解釋了磁流化床內(nèi)氣固兩相流動(dòng)的流動(dòng)特性,并在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,對(duì)磁流化床的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了部分改進(jìn),提高了磁流化床的運(yùn)行效率.具體內(nèi)容如下:理論分析部分:首先從磁流化床內(nèi)氣固兩相流場(chǎng)中的受力狀況出發(fā),說(shuō)明了磁場(chǎng)力怎

2、樣消除并抑制氣泡的生長(zhǎng);然后分析了在外加磁場(chǎng)的作用下,磁流化床內(nèi)的流動(dòng)特性和磁流化床的操作范圍.數(shù)值模擬部分:首先使用GAMBIT按照實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)際尺寸建立一個(gè)二維流化床模型,然后對(duì)二維模型劃分網(wǎng)格、設(shè)定邊界層;在完成了幾何模型的設(shè)置后,將模型導(dǎo)入Fluent軟件中,利用Fluent設(shè)定實(shí)驗(yàn)中氣固兩相的物性參數(shù)并同時(shí)完成邊界條件和初始運(yùn)行條件的設(shè)定,接著對(duì)數(shù)值模擬過(guò)程進(jìn)行迭代,最后將數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比較.結(jié)果表明,數(shù)值模擬結(jié)果基

3、本符合實(shí)際的磁流化床運(yùn)行狀況.實(shí)驗(yàn)部分:對(duì)磁流化床實(shí)驗(yàn)裝置作了如下改進(jìn):1)將Helmholtz線(xiàn)圈之間的軸間距拉長(zhǎng)至1.5倍線(xiàn)圈半徑長(zhǎng)度以增大磁場(chǎng)的均勻范圍;2)將布風(fēng)板改進(jìn)為風(fēng)帽式結(jié)構(gòu),它具有布風(fēng)均勻,不易堵塞的優(yōu)點(diǎn),可以獲得較好的流化質(zhì)量.實(shí)驗(yàn)中主要對(duì)磁流化床中氣固兩相流場(chǎng)的流動(dòng)特性及床層壓降的變化規(guī)律進(jìn)行了觀(guān)察測(cè)定,并且利用磁流化床床層壓降隨氣流速度變化而發(fā)生變化的特點(diǎn),確定了床層到達(dá)起始流化狀態(tài)和磁穩(wěn)狀態(tài)的條件.通過(guò)數(shù)值模擬結(jié)

4、果的氣固兩相等勢(shì)圖可以觀(guān)察到,對(duì)于無(wú)磁場(chǎng)狀況下的流化床,床層內(nèi)氣固兩相擾動(dòng)劇烈,有大量氣泡出現(xiàn).而在外加磁場(chǎng)作用下,磁場(chǎng)強(qiáng)度的不同對(duì)氣固兩相的影響也不同:在弱磁場(chǎng)作用下,氣固兩相受磁場(chǎng)力影響很小,擾動(dòng)依然劇烈,氣泡出現(xiàn)頻繁;在中等磁場(chǎng)作用下,氣固兩相流在大部分區(qū)域流動(dòng)均勻,但局部仍有一些小擾動(dòng);而在高磁場(chǎng)強(qiáng)度作用下的氣固兩相流場(chǎng)流動(dòng)均勻,床層內(nèi)沒(méi)有局部擾動(dòng),也沒(méi)有氣泡出現(xiàn).這些結(jié)果與實(shí)驗(yàn)一致,表明該文建立的氣固兩相模型基本符合磁流化床的