气固两相穿越液池过程中的多相流动与传热传质

　　本书共6章，主要包括绪论、顶部浸没平口管口处气泡行为特性、气体穿越液池过程中的气液两相流动特性、气固两相流穿越液池过程中气液固三相流动特性、气固两相流穿越液池过程中气液固三相分离特性、高温气体穿越液池过程中气液两相流动直接接触传热传质特性等内容。详细介绍了在煤化工、能源和环境等领域中广泛存在的穿越液池的洗涤冷却工艺过程，以及该工艺过程涉及到的多相流动、相间分离及相间直接接触传热传质等工程热物理基础理论与关键技术。通过大量实验和数值模拟，揭示了穿越液池工艺过程中的多相流动、分离和传热传质机理和特性，从而为深刻认识该工艺过程及其实际工业应用提供借鉴。该书可供能源、煤化工和环境类专业技术人员阅读使用。

　　吴晅，男，1975年10月生，湖北武汉人，工学博士，副教授，硕士生导师。现为内蒙古科技大学能源与环境学院教师。2009年博士毕业于东南大学工程热物理专业。一直从事工程热物理学科和供热、供燃气、通风及空调工程学科的教学、科研工作。主要研究方向为复杂多相流动数值模拟与实验研究、可再生能源节能理论与应用技术等。入选包头市5512中青年骨干人才。近5年，主持国家自然科学基金2项、内蒙古自然科学基金1项、内蒙古科技大学创新基金项目1项；作为主要完成人参与国家及省部级项目多项；主持内蒙古科技大学校级教改项目3项。先后发表学术论文50余篇，其中被SCI、EI收录23篇。参编国家规划教材1部。授权专利10项。

第1章绪论/1
1.1气固两相流穿越液池过程的工业应用背景2
1.1.1冲击式水浴除尘器中的气固两相流穿越液池过程2
1.1.2多喷嘴对置式水煤浆气化炉中的气固两相流穿越液池过程3
1.2气固两相流穿越液池工业过程的基础研究与应用5
1.2.1穿越液池过程中气液流动特性的研究6
1.2.2穿越液池过程中固相运动分布规律及气固分离的研究 11
1.2.3穿越液池过程中气体带水问题及气液分离的研究14
1.2.4液池内相间直接接触热质同时传递的研究15
1.3气固两相流穿越液池工业过程中的关键工程热物理科学问题16
参考文献19
第2章液池中顶部浸没平口管口处气泡行为特性/31
2.1液池中顶部浸没平口管口处气泡膨胀及脱离行为特性32
2.1.1气泡可视化测量实验系统32
2.1.2实验测量方法与数据提取36
2.1.3顶部浸没平口管口处气泡膨胀及脱离演变过程37
2.1.4平口管管径对气泡脱离直径的影响39
2.1.5顶部浸没平口管口处膨胀气泡位置随时间变化分布特性41
2.1.6平口管管径对单个气泡膨胀及脱离时间的影响44
2.1.7脱离阶段气泡圆度分布特性45
2.2液池中顶部浸没管口处气泡受力分析与数值计算46
2.2.1顶部浸没管口气泡长大脱离模型46
2.2.2气泡的受力分析47
2.2.3静止液体中顶部浸没管口处气泡尺寸变化规律50
2.3液池中顶部浸没管口处气体射流冲坑特性53
2.3.1顶部浸没气体射流冲坑及气液交界面运动特性53
2.3.2顶部浸没管口处气体冲坑特性数值模拟 58
2.4小结70
参考文献72
第3章气体穿越液池过程中的气液两相流动特性/75
3.1气液两相湍流流动数学模型及数值求解75
3.1.1气液两相湍流流动模型的建立76
3.1.2CFDABND耦合计算模型的建立79
3.1.3数学模型的数值求解及计算条件84
3.2气体穿越液池过程中气液两相湍流流动特性86
3.2.1气体穿越液池过程中气液两相流动及相分布特性86
3.2.2液池内气泡及气液界面浓度分布特性100
3.3气体穿越液池过程中的压力波动特性110
3.3.1数值模拟平台的建立111
3.3.2不同操作参数对压力波动特性的影响114
3.3.3快速傅里叶变换分析117
3.3.4不同气速下的功率谱密度函数分析119
3.3.5不同静态液位下的功率谱密度函数分析120
3.4液池内分隔板布置对气液流动特性的影响121
3.4.1数值模拟平台的建立121
3.4.2分隔板对气液流动形态的影响122
3.4.3分隔板对气泡湿周轴向分布的影响124
3.4.4分隔板对气泡湿周径向分布的影响125
3.4.5分隔板不同布置对气液流动形态的影响126
3.5小结127
参考文献129
第4章气固两相流穿越液池过程中气液固三相流动特性/133
4.1气固两相流穿越液池过程颗粒运动及其分布特性134
4.1.1实验台的搭建及实验条件134
4.1.2气固两相流穿越液池的三相流动过程137
4.1.3液池内颗粒浓度分布的实验测量140
4.2气固两相流穿越液池过程中液固流场空间结构与特性143
4.2.1可视化实验系统组成144
4.2.2固体颗粒沉降、悬浮、飞溅及分离演变过程145
4.2.3液池内颗粒运动变化分布特性147
4.2.4管口气泡尾流拖曳作用下颗粒运动的演变过程150
4.2.5气固两相穿越液池过程固体颗粒浓度分布特性153
4.2.6液固流场空间结构及流动特性PIV实验研究155
4.2.7气固两相流穿越液池过程中的颗粒运动分离过程可视化实验163
4.3气固两相流穿越液池过程气液固三相流动数学模型167
4.3.1欧拉框架下的气液连续相数学模型168
4.3.2拉格朗日框架下的离散颗粒相数学模型170
4.3.3数学模型的求解及计算条件175
4.4气固两相流穿越液池过程气液固三相流动及相分布特性178
4.4.1数值模拟与实验结果的对比及分析178
4.4.2气液连续相流动及其分布特性181
4.4.3固体颗粒运动轨迹及其浓度分布特性192
4.5小结197
参考文献199
第5章气固两相流穿越液池过程中的三相分离特性/201
5.1气固两相流穿越液池过程中的气固分离机理201
5.2气固分离特性数学模型203
5.2.1数学模型的确定203
5.2.2计算方法和条件203
5.3气固分离特性及其表征204
5.3.1气液固三相流动分离过程数值模拟结果与分析204
5.3.2入口气速对气固分离性能的影响规律206
5.3.3不同粒径颗粒的分离特性208
5.3.4下降管浸没深度对气固分离性能的影响规律210
5.4气固两相流穿越液池过程中气固两相运动分离过程分析212
5.4.1颗粒的冲击分离212
5.4.2颗粒的沉降分离212
5.4.3颗粒被气泡尾流拖曳的运动213
5.4.4颗粒被气泡包裹的运动215
5.4.5颗粒在液体中的扩散运动216
5.4.6液滴对颗粒的捕获和携带218
5.5气液分离空间内气体液滴两相分离特性218
5.5.1液滴形成、夹带机理及过程220
5.5.2气体液滴两相分离运动数学模型222
5.5.3气液分离空间内气体液滴两相分离特性227
5.6小结232
参考文献234
第6章穿越液池过程中气液两相流动直接接触传热传质特性/237
6.1单个高温气泡在液池内上升过程中的传热传质理论模型238
6.1.1气液相间直接接触热质传递过程分析238
6.1.2计算问题的简化和假定240
6.1.3液池内气液直接接触热质同时传递理论模型240
6.1.4数值计算方法及计算条件243
6.2气体穿越液池过程中气泡群液体直接接触三传模型243
6.2.1高温气体穿越液池过程气液间动量、热量及质量同时传递244
6.2.2非等温条件下的气液两相湍流流动模型245
6.2.3数学模型计算方法及条件251
6.3单个高温气泡穿越液池过程气泡液体间直接接触热质传递特性253
6.3.1气泡半径的变化规律253
6.3.2水蒸汽浓度对气泡尺寸的影响规律254
6.3.3气泡温度随气液接触时间的变化规律254
6.3.4冷却水蒸发速率随时间的变化规律255
6.3.5冷却水蒸发量随时间的变化规律256
6.4气体穿越液池过程中气泡群液体直接接触传热传质特性257
6.4.1表观气速对液池内气体温度分布的影响规律257
6.4.2下降管出口气体温度对液池内气体温度分布的影响规律259
6.4.3气泡尺寸对液池内气体温度分布的影响规律259
6.4.4液池内气体温度的径向分布规律261
6.4.5液池内平均冷却水温度的变化规律262
6.4.6液池内冷却水蒸发速率的分布规律264
6.4.7液池体积传热系数的影响因素分析265
6.5小结268
参考文献271