格子Boltzmann方法在气固两相的应用研究
能源是人类能够生存和发展的基础。目前我国正处于经济高速发展的关键时期，能源消耗是非常巨大的，煤炭、石油、天然气等不可再生资源面临着枯竭，形式非常严峻。我国工业余热资源非常丰富，但是被回收的资源仅为34.9％，回收潜力巨大，合理利用余热资源能加快实现工业节能减排战略目标。 水泥生产过程中会产生大量的中低温烟气，余热锅炉可以回收和利用这部分烟气余热来发电。然而烟气中含有大量的飞灰，这些飞灰颗粒在锅炉受热面上沉积会降低锅炉换热效率，减少锅炉发电量，更加达不到预期的节能目标。所以积灰问题是关系到余热回收技术是否能够成功的关键问题之一，应当引起高度重视。积灰过程是一种典型的气固两相流，研究烟气中的粉尘颗粒在管束上的沉积具有十分重要的应用价值和经济价值。 本文采用格子Boltzmann-Lagrange跟踪方法模拟含尘烟气横掠管束飞灰颗粒沉积过程，探索管型和管束排列方式对颗粒沉积的影响。主要研究内容及结果如下: 1、利用格子Boltzmann方法初步模拟了二维多孔介质渗流问题，其中多孔介质是用QSGS生长法构造的，多孔介质内部孔隙边界非常复杂，模拟结果表明格子Boltzmann方法具有非常强大的解决含有复杂边界问题的能力。 2、利用多松弛格子Boltzmann-Lagrange跟踪方法模拟含尘烟气横掠圆形单管和椭圆形单管的沉积过程。研究发现，小Stokes数的颗粒在流场中的分布较为均匀，随着Stokes数的增大，颗粒逐渐分布于靠近流场中涡旋结构的边界区域，颗粒在圆管上总的沉积量在逐渐减少。当椭圆长轴与来流方向平行时，颗粒在椭圆形管上单位面积的沉积率和碰撞频率比在圆形管上的要小，并且随着长短轴比的增大，单位面积的沉积率和碰撞频率逐渐减小。 3、对于三种横纵向管间距组合的顺排圆形管束，在整体上具有相同的颗粒沉积规律，第一排管束的迎风面均有少量沉积，背风面颗粒沉积量较大，后两排管束不管是在迎风面还是在背风面均有大量沉积;对于三种横纵向管间距组合的叉排管束，在整体上同样具有相同的颗粒沉积规律，每一排管束的迎风面均只有少量的沉积，背风面颗粒沉积量较大，第二排颗粒的沉积量最小。叉排布置时，颗粒的沉积率较小，而且横纵向管间距相等时，颗粒的沉积率也较小。
余热锅炉;格子Boltzmann-Lagrange跟踪方法;气固两相流;沉积率;碰撞频率
山东大学
硕士
工程热物理
王乃华
2015
中文
TK172
75
2015-10-12（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）