《氣固流化床非球形顆粒傳熱機制的多尺度建模研究》是依託東南大學，由張浩擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：氣固流化床非球形顆粒傳熱機制的多尺度建模研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張浩
- 依託單位：東南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
生物質和固廢流化床等能源動力系統中氣固作用機理的研究對系統結構放大、設計和最佳化等方面具有重要的意義。本項目以數值模擬為主要研究手段，過程建模和實驗驗證相結合的方式對非球形顆粒氣固流化床流動和傳熱等複雜多尺度行為進行研究。首先採用顆粒尺度高精度數值方法模擬典型非球形顆粒-流體系統傳熱、傳質行為，量化流固耦合力和熱通量；而後採用這些信息對巨觀尺度高效耦合模型中曳力和平均Nusselt數計算公式進行修正，建立通用多尺度模型。最後採用所建立模型模擬流化床反應器內流動和熱量的傳輸過程，探索深層次非球形顆粒傳熱機制，並開展熱態流化床實驗予以驗證。本項目從非球形顆粒多尺度結構形成機理出發建立通用多尺度模型，充分利用顆粒尺度數值模型給出的傳統實驗無法獲得的微觀信息，從基本原理層次為流化床操作技術和能量效率提供最佳化策略，研究成果將對開發新型流化床和推動大型工業裝置的節能減排具有重要的現實意義。
結題摘要
以數值模擬為主要研究手段，過程建模和實驗驗證相結合的方式對非球形顆粒氣固流化床流動和傳熱等複雜多尺度行為進行研究。首先採用顆粒全尺度解析直接數值模擬（PR-DNS）模擬典型非球形顆粒-流體系統傳熱、傳質行為，量化流固耦合力和熱通量；而後採用這些信息對曳力係數（Cd）和平均Nu數（Nu）預測關聯式進行修正，建立通用多尺度模型。最後採用所建立模型模擬流化床反應器內流動和熱量的傳輸過程，探索深層次非球形顆粒傳熱機制，並開展熱態流化床實驗予以驗證。項目的主要創新如下：(1) 結合PR-DNS和局部平均耦合法的優勢，創新性地針對稠密非球形顆粒氣固系統的多尺度結構在不同尺度採用不同的數值模擬算法，並將不同粒徑的顆粒之間和離散顆粒信息與CFD格線儲存信息之間建立有效關聯。通用關聯性的多尺度模型的建立是以多尺度科學為基礎的過程工程學科的共性研究課題，是一項具有原創性意義的研究。(2) 充分利用PR-DNS給出的傳統實驗無法獲得的微觀和巨觀信息（如顆粒作用力和流動結構）校正Cd和Nu，從而建立具有通用性的CFD-DEM耦合模型。針對實際工程問題展開新穎的研究，從基本原理層次為流化床新舊操作技術、能量效率和運行穩定性提供可靠的評估以及設計和操作最佳化策略。本項目從非球形顆粒多尺度結構形成機理出發建立通用多尺度模型，充分利用數值模擬給出的傳統實驗無法獲得的微觀信息，從基本原理層次為流化床、高爐等操作技術和能量效率提供最佳化策略，研究成果將對開發新型反應設備和推動大型工業裝置的節能減排具有重要的現實意義。
