計算流體力學基礎與多相流模擬應用

目錄
前言
第1章 計算流體力學基礎 1
1.1 流體的性質(zhì) 1
1.2 流體動力學基本方程 2
1.2.1 梯度、散度和旋度 2
1.2.2 守恒方程 4
1.3 控制方程的離散方法 7
1.3.1 有限差分法 8
1.3.2 有限體積法 10
1.4 壓力-速度場耦合求解的 SIMPLE算法 12
1.5 湍流與湍流模型 13
1.6 初值和邊界條件 16
1.7 插值、迭代與數(shù)值算法基礎 18
1.8 迭代求解的收斂性與穩(wěn)定性 22
1.9 計算機網(wǎng)格生成 24
第2章 多相流基本原理及其煤化工應用 25
2.1 顆粒、氣泡和液滴的特性與表征方法 25
2.2 單個顆粒在流場中的運動與阻力 26
2.3 單個氣泡在液體中的運動與變形 30
2.4 氣液鼓泡塔 30
2.4.1 整體氣含率 33
2.4.2 局部氣含率沿徑向分布 35
2.4.3 軸向液速沿徑向分布 37
2.4.4 氣泡尺寸及其分布 39
2.5 氣固流態(tài)化 41
2.6 氣流床煤氣化 43
2.6.1 GE(Texaco)氣化爐 44
2.6.2 E-Gas(Destec)氣化爐 45
2.6.3 多噴嘴對置式水煤漿氣化爐 46
2.6.4 Shell氣化爐 47
2.6.5 Prenflo氣化爐 49
2.6.6 GSP氣化爐 50
2.6.7 兩段式干煤粉氣化爐 51
2.6.8 MHI氣化和日立氣化 52
2.7 煤的催化氣化 53
2.8 煤液化 54
第3章 多相流數(shù)值模擬方法 56
3.1 相邊界運動追蹤的直接數(shù)值模擬 56
3.2 VOF方法 57
3.3 L-S方法 59
3.4 質(zhì)點運動追蹤的離散顆粒軌道法 62
3.5 基于體平均的氣液雙流體模型 66
3.5.1 控制方程 66
3.5.2 相間作用力模型 68
3.5.3 湍流模型 73
3.5.4 氣泡模型 78
3.6 基于顆粒動理學封閉的濃密氣固兩相流模擬方法(TFM-KTGF) 82
3.6.1 守恒方程 82
3.6.2 顆粒動理學理論及其子模型 84
3.6.3 氣固相間作用力模型 91
第4章 圓球繞流的模擬與阻力分析 96
4.1 問題描述 96
4.2 邊界層流動與壁面函數(shù) 97
4.3 DES模擬 99
4.4 網(wǎng)格切分與 FLUENT求解器的設置 100
4.5 計算結(jié)果及數(shù)據(jù)后處理分析 103
4.5.1 升、阻力系數(shù) 109
4.5.2 渦脫落頻率 110
4.5.3 分離角 111
4.6 不同雷諾數(shù)流動的模擬分析 111
第5章 氣泡上升過程的直接數(shù)值模擬 113
5.1 單個氣泡上升問題描述 113
5.2 模型選擇與求解步驟 114
5.3 氣泡的變形特性 120
5.4 氣泡上升速度及阻力變化 122
5.5 氣泡周圍流場 124
第6章 氣液兩相群體平衡氣泡模擬 128
6.1 問題的提出 128
6.2 群體平衡氣泡模型方程 128
6.3 氣泡合并分裂模型的對比 132
6.3.1 氣泡合并模型 132
6.3.2 氣泡分裂模型 137
6.4 改進氣泡合并分裂速率模型的提出 142
6.4.1 合并速率模型 142
6.4.2 分裂速率模型 148
6.5 含列管內(nèi)構(gòu)件氣液鼓泡塔數(shù)值模擬 152
6.5.1 計算模型概述 152
6.5.2 壁面潤滑力模型 153
6.5.3 基準案例的描述及操作條件的設置 154
6.5.4 壁面潤滑力的影響 155
6.5.5 低表觀氣速下的模擬結(jié)果 157
6.5.6 高表觀氣速下的模擬結(jié)果 163
6.5.7 含列管內(nèi)構(gòu)件鼓泡塔模擬結(jié)果總結(jié) 168
第7章 氣流床煤氣化過程模擬 169
7.1 煤粉射流流動與反應特點 169
7.2 基本控制方程 170
7.3 雷諾平均與湍流封閉 170
7.4 顆粒彌散及其模擬 171
7.5 煤脫揮發(fā)分模型 171
7.6 顆粒氣化反應模型 172
7.7 湍流與反應相互作用 173
7.8 輻射能守恒方程及其求解方法 175
7.9 數(shù)值求解過程 175
7.10 多噴嘴加壓氣流床煤氣化爐模擬 176
7.10.1 多噴嘴氣化爐的計算網(wǎng)格 176
7.10.2 煤質(zhì)分析 177
7.10.3 計算工況及邊界條件 177
7.10.4 典型工況模擬結(jié)果 179
7.10.5 網(wǎng)格數(shù)對模擬結(jié)果的影響 182
7.10.6 氧煤比對模擬結(jié)果的影響 184
7.10.7 噴嘴頂部空間高度對模擬結(jié)果的影響 186
7.10.8 水蒸氣煤比對模擬結(jié)果的影響 188
7.11 本章小結(jié) 190
第8章 射流流化床煤氣化爐模擬 192
8.1 模擬對象和操作條件 192
8.2 模型描述和模擬方法 194
8.3 氣固流體動力學模擬與驗證 198
8.4 射流內(nèi)溫度分布 202
8.5 床層內(nèi)氣化反應與氣體組分分布 203
8.6 本章小結(jié) 206
參考文獻 207