摘 要

多相流动存在于自然界以及我国国民经济生活的方方面面，多相流技术在近几十年里发展迅速，已经成为很多领域的支撑技术，多相流的研究对于实际工程具有重要的指导意义，同时，也取得了很丰硕的成果。尤其是在作为其基础，也是前沿的两相流研究中，更是涌现了大量有实际意义的理论以及实践成果。然而对于管道中的多相流来说，一直都只有一些总结的经验公式或者针对于某一特定情况进行实验得到的结果供我们使用，没有广而化之的计算方法，而数值模拟为我们提供了很好的一种思路，通过模拟仿真管道中气固两相流流动，可以较为容易的得到气固两相流的各项参数对于管道阻力特性的影响。

本文选取了具有代表性的管道中的气固两相流，以管道中的烟尘颗粒以及空气作为气固两相流研究对象，采用FLUENT软件平台，选择欧拉双流体模型（E-E），对水平管道以及弯管管道中的空气以及烟尘颗粒进行仿真模拟。首先使用Fluent对水平管道以及弯管管道进行几何建模，网格的划分，其次加入边界条件以及初始条件，然后进行求解模型。本文主要分别将速度以及浓度设置为单一变量，仿真模拟不同管道中的气固两相流的稳态流动情况，得到不同管道中的两相流的参数具体的分布情况。计算结果表明，水平管道中，随着速度与浓度的增加，阻力会成线性增加；弯管中，随着速度的增大，阻力会变小。结果经分析比较，正确性、可信度较高。

关键字：气固两相流；水平管道；弯管；数值模拟；双欧拉模型；

Abstract

Multiphase flow exists in all aspects of nature and national economy life. Multiphase flow technology has developed rapidly in recent decades and has become a support technology in many fields. The study of multiphase flow has important guiding significance for practical engineering. Multiphase flow research has also made very fruitful results. Especially in two-phase flow research that is a basis and the frotier of multiphase flow, there are a large number of practical theory and practical results. However, for the multiphase flow in the pipeline, there are always some empirical formulas or experimental results for a particular situation for us to use, there is no wide range of calculation methods, and numerical simulation for us to provide It is very easy to get the influence of the parameters of gas-solid two-phase flow on the pipeline resistance characteristic by simulating the flow of gas-solid two-phase flow in the simulation pipeline.

this paper selects the gas-solid two-phase flow in the representative pipeline, and uses the smoke particles and air as the object of gas-solid two-phase flow. The FLUENT software platform and Euler two-fluid model (E-E) is used to carry out the simulation experiments on the air and dust particles in the horizontal pipelines and pipe. Firstly, the geometric modeling of the horizontal pipe and the pipe is carried out by using Fluent. Then, the boundary condition and the initial condition are added. Then, the model is solved and the parameters of the two-phase flow in different pipelines are obtained.In this paper, the velocity and concentration are set as a single variable, and the steady flow of the gas-solid two-phase flow in different pipelines is simulated and simulated. The distribution of the parameters of the two-phase flow in different pipelines is obtained. The results show that the resistance increases linearly with the increase of velocity and concentration in the horizontal pipeline, and the resistance becomes smaller as the velocity increases. The results were analyzed and compared, the correctness and credibility were higher.

Key words：Gas-solid two-phase flow；horizontal pipeline；elbow；numerical simulation； double Euler model

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1课题研究背景以及意义 1

1.2气固两相管道输送的国内外研究现状 2

1.2.1目前的气固两相流的物理以及数学模型 2

1.2.2 气固两相管道输送数值模拟的国外研究现状 3

1.2.3 气固两相管道输送数值模拟的国内的研究现状 3

1.3 本文的主要研究内容及技术路线 5

第二章 气固两相管道输送数值模拟基础 7

2.1气固两相流的基础理论 7

2.1.1固体颗粒受力分析 7

2.1.2管道气固两相流主要参数 8

2.2 气固两相流的主要流动模型 9

2.2.1 Lagrange模型（颗粒轨道模型） 9

2.2.2 Euler模型 9

2.2.3两相流模型的选取 10

2.3本章小结 11

第三章 气固两相流管道输送数值模型的构建 12

3.1 Fluent软件的介绍以及运用 12

3.2 Fluent各大模块作用 12

3.3 气固两相流中各项的物理参数设置 13

3.4 Fluent模拟气固两相流计算步骤 13

3.4.1几何模型的建立与网格的划分 16

3.4.2求解器的选择 17

3.4.3初始和边界条件设置 17

3.5 气固两相流仿真求解 19

3.6本章小结 20

第四章 气固两相流管道输送特性分析 21

4.1 水平管中气固两相数值计算结果分析 21

4.1.1气固两相速度对阻力特性的影响 21

4.1.2 气固两相流浓度对于阻力特性的影响 23

4.2 弯管管道中气固两相流数值计算结果分析 25

4.2.1气固两相流速度的变化对于弯管管道浓度分布的影响 25

4.2.2气固两相流速度变化对于压降的影响 27

4.2.3弯管弯道不同截面处的浓度分布 28

4.3本章小结 30

第五章 结论与展望 31

5.1 结论 31

5.2 展望 31

参考文献 32

致谢 34

第一章 绪论

1.1课题研究背景以及意义

多相流是一门研究气态、固态、液态物质混合流动的学科，同时也是研究两种或者两种以上相态共同存在的一门从传统能源转化与利用领域发展起来的新兴交叉科学^[1,2]。多相流可分为两相流，三相流以及四相流等。在自然界以及宇宙空间、人体以及其他生物过程、实际工程中存在多种复杂的多相流，例如：（1）自然界中的多相流：雨雪运动、冰雹运动、沙尘暴、沙丘移动，泥石流，地质矿产的形成、迁移与演变、雨雪纷飞、汽蚀瀑布等；（2）人体以及生物过程中的多相流：血液的流动、细胞內液的存在等；（3）实际工程中的多相流：粉尘的分离以及收集、石油的开采以及运输加工过程，粉料或者粒料的气力或者液力输送、蒸汽轮机内蒸汽的流动、煤粉颗粒的燃烧、各种粉末的制备等。人们已经在多相流的研究领域中开展了大量的研究工作，同时许多研究学者也已经取得了较为有指导意义的结果，但是多相流的运动过程是极其复杂的，我们到目前为止都无法掌握其根本的运动规律，解释它流动的完整过程，所以对于多相流这样一门基础学科的研究是十分有必要的。

两相流是多相流中最普遍也是最具代表性的流动形式，是多相流动的组成部分和理论研究的基础。两相流可以分为气固两相流，液固两相流，液液两相流等。在科技高速发展的今天，随着计算机硬件与软件的快速发展，带动了研究两相流相关技术（如测试技术，数值计算方法等）的不断进步，从而使得揭示两相流的发展过程、运动规律成为可能。实际上也涌现了大量的具有普适性的，可以直接运用于实践的实验以及理论研究。其中，气固两相流在社会实践以及工业实践中应用广泛（如煤粉、石膏粉等粉尘颗粒的的输送，含有尘埃的大气流动），它的流动较为简单，原理容易理解，物理模型和数学模型的建立较为容易，因此对气固两相流的深入而全面的理论以及实验研究较多。气固两相流的研究能很好的指导实践，为各行各业的发展提供良好的基础，具有重要的的实际意义。