高压密相气力输送试验及其气相可压缩的数值模拟研究

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大规模高效煤气化技术是洁净煤发电技术的重要领域,其中高压密相气力输送是煤气化技术的难点之一。本文从试验及数值模拟两方面着手,对水平管内气固两相流流动特性进行了研究,并探索了氮气压缩性对水平管流动特性的影响。  在输送试验中,研究了罐体压差、流化风、补充风、煤粉含水率等参数对输送特性的影响。随总输送压差增大,煤粉质量流量、表观气速增大;固气比随压差的增大先增大后减小;补充风的增大导致煤粉质量流量、固气比减小,表观气速增大。煤粉含水率较高时,随表观气速的增大,固气比先增大后减小;煤粉含水率较低时,表观气速对固气比影响不大,且流化风增大时,表观气速、煤粉质量流量先减小后增大;煤粉含水率较高时则表观气速、煤粉质量流量增加。研究发现试验煤种输送临界含水率为16.20wt%-16.63wt%之间。  数值模拟研究中,忽略氮气压缩性时,模拟结果表明:颗粒摩擦对水平管内气固两相流动的影响至关重要,对垂直管影响不大;修正后摩擦模型计算获得的管底颗粒浓度与ECT结果吻合较好。镜面反射因子对截面煤粉浓度分布影响有较大差异性,但无规律性;对于水平管,φ减小,单位压降减小,水平管中心区域固相速度增大,管道项部煤粉湍动能减小。φ对垂直管压降的影响规律性不明显。  流体可压缩性对湍流的影响不能忽略。考虑氮气压缩性时,管道中心区域两相速度脉动较大,导致固相速度相对较大,水平管上部稀相区颗粒湍动能迅速上升,且计算压降结果精度提高了5.82%。ess越大,底部沉积的固相浓度越小,单位压损越小,稳定阶段煤粉速度越大。随ew增大,颗粒在底部壁面附近的堆积相对较小;管道底部的氮气湍动能随ew的减小而微量减小,且管道顶部近壁区固相湍动能有所增加。
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