《稠密氣固兩相流各向異性顆粒動力學模型研究與套用》是依託哈爾濱工業大學，由何玉榮擔任項目負責人的聯合基金項目。
基本介紹
- 中文名：稠密氣固兩相流各向異性顆粒動力學模型研究與套用
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：聯合基金項目
- 項目負責人：何玉榮
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
目前稠密氣固兩相流顆粒動力學（又稱顆粒動理學）模型普遍採用基於顆粒溫度的各向同性模型，然而本質上顆粒速度脈動具有各向異性特徵，在許多情況下顆粒速度脈動的各向異性不容忽略，因而，各向異性顆粒動力學模型的建立具有重要科學意義。本課題針對稠密氣固兩相流，考慮微觀顆粒速度脈動各向異性特徵，通過直接構造各向異性Maxwell 顆粒速度分布函式，通過速度三階矩封閉構建本構方程，建立各向異性顆粒動力學模型；通過數值模擬和實驗測量手段考察各向異性顆粒動力學模型在稠密氣固兩相流中的套用效果，實驗中採用粒子圖像測速儀（PIV）進行速度場測量，獲得顆粒脈動各向異性內在規律及巨觀流動特徵，深入探求稠密氣固兩相流動內在機理和規律。本課題的研究對深入理解稠密氣固兩相流動特性具有重要的基礎理論研究價值，同時對於多相流反應器的設計和套用具有重要的理論意義和套用前景，可廣泛套用於化工、能源等領域。
結題摘要
基於雙流體模型和離散顆粒模型，建立了含濕顆粒和非球形顆粒稠密氣固兩相流數值模擬方法，重點考察了稠密氣固兩相流動中顆粒各向異性特性的影響；搭建了基於Particle Image Velocimetry (PIV) 系統的流化床實驗台，進行了若干鼓泡流化床的實驗，並對數值模型進行了驗證。分析了包括鼓泡流化床、提升管在內的不同氣固兩相流動中的顆粒行為，並根據工程實際情況對非球形顆粒和濕顆粒進行了數值模擬，考察了顆粒的各向異性特徵，獲得了相對可靠的數值模擬方法。課題完成了計畫任務書中規定的研究任務，達到了預期目標，並在以下四方面取得了突出進展： 建立了包括靜態毛細力和動態粘性力在內的液橋力計算公式，得到了濕顆粒DEM碰撞模型，模擬研究了流化床內濕顆粒系統的流化行為。獲得了鼓泡流化床內不同入口氣體速度、填隙液體體積（質量）份額下濕顆粒的分布特性及流態化行為，分析了濕顆粒流化的瞬態和局部特性，揭示了濕顆粒系統流化行為的新現象和新特性。 建立了針對非球形顆粒的歐拉-歐拉雙流體模型，在曳力模型中，整合進入了顆粒的形狀係數，以此來考慮非球形顆粒系統中氣固兩相的相互作用。通過數值模擬，研究了非球形顆粒系統的氣固兩相流動特性。此外，進行了相關的實驗，將實驗結果與數值模擬結果進行了比較，驗證了模型的正確性。 建立了基於歐拉-拉格朗日模型的離散顆粒硬球模型，採用大渦模擬方法考察氣相湍流的影響，並與實驗進行了對比，驗證了模型的正確性。獲得了包括鼓泡流化床、提升管和噴動床在內的不同氣固兩相流動中顆粒行為的分布特性及變化規律，提出了聚團顆粒溫度的概念。掌握了可靠的稠密氣固兩相流動中顆粒各向異性行為的分析方法。 套用PIV系統，研究了黑小米，黃小米和高粱米三種不規則顆粒在流化床內的流動特性，得到了三種顆粒的瞬時位置和速度場分布，實驗結果顯示PIV測速系統用於稠密氣固兩相流動速度場的測量是可行的。 該課題在國內外重要期刊上發表和錄用學術論文11篇，其中SCI源期刊5篇，EI收錄1篇，國際會議1篇，國內會議4篇。另已投稿SCI源期刊論文1篇。邀請國外專家來華學術交流1次，參加國際會議12人次，國際交流訪問4人次，國內會議14人次。 此外，該課題培養了國家自然科學基金委優秀青年基金1人，碩士研究生3人（已畢業），博士研究生2人（2人在讀），在多相流動及傳熱領域形成了一支結構合理、素質過硬的科研隊伍。
