基于CFD--DEM静电模型的脉冲流化床内流动特性研究的开题报告.docx

基于CFD--DEM静电模型的脉冲流化床内流动特性研究的开题报告
一、研究背景
脉冲流化床是一种新型颗粒物传输设备，其在化工、冶金、环保等领域有着广泛的应用。在脉冲流化床内，固体颗粒通过周期性的撞击以及位移，从而实现颗粒物的均匀混合和传输。然而，由于静电作用的干扰，脉冲流化床的传输效率和稳定性受到限制，严重影响了其在工业生产中的应用。
近年来，CFD-DEM（ComputationalFluidDynamics-DiscreteElementMethod）已成为研究颗粒物运动学的有力工具。其中微观模型是将颗粒看成离散的实体，宏观模型是将气-固两相看成连续的流体。将这两种模型结合起来，可以准确地描述气-固两相的交互作用和颗粒物的运动规律，是研究脉冲流化床内颗粒物行为的有效途径。
二、研究内容
本研究旨在基于CFD-DEM静电模型，探究脉冲流化床内静电作用对气-固两相运动和颗粒物混合的影响。具体研究内容如下：
1.构建脉冲流化床CFD-DEM模型：建立气-固两相的数学模型，确定物理和数学参数；分析和验证模型的准确度和可靠性，以保证模拟结果的有效性。
2.静电作用模型研究：通过研究颗粒物间的电荷传递和静电势，建立脉冲流化床内颗粒物静电作用模型。考虑颗粒物间的电荷强度、距离和颗粒物表面的电荷分布等因素，建立静电力模型。
3.脉冲流化床内颗粒物运动与混合机理研究：利用CFD-DEM模型分析脉冲流化床内颗粒物运动状态、颗粒物混合程度以及静电作用对颗粒物运动和混合的影响。研究不同工况下的颗粒物速度场、轨迹、颗粒物浓度及其变化规律，为深入理解脉冲流化床内颗粒物混合机理提供依据。
4.静电作用控制方法研究：基于模拟结果，探讨脉冲流化床中静电作用的控制方法。包括增加颗粒物表面的导电性材料、改变颗粒物间的距离、调节电平或电流、采用振动等方法减小颗粒物的静电作用。
5.实验验证：利用实验平台对CFD-DEM模型进行验证。采用透射电镜和光学显微镜等技术对颗粒物的电荷分布和分散状态进行分析，比较实验数据和模拟结果的差异，进一步优化模型。
三、研究意义
通过CFD-DEM模拟和实验验证，探究脉冲流化床内静电作用对气-固两相运动和颗粒物混合的影响。研究结果有助于：
1.深入认识脉冲流化床内颗粒物的混合机理；
2.为提高脉冲流化床传输效率和稳定性提供理论依据；
3.为工业生产中脉冲流化床应用提供技术支持和优化方案。
四、研究方法和技术
本研究主要采用计算流体力学（CFD）和离散元素法（DEM）相结合的CFD-DEM方法，建立脉冲流化床内气-固两相流动的数学模型。静电作用模型采用离散元素法，以颗粒物间的电荷传递和静电势作为研究对象。通过数值模拟和实验验证，研究颗粒物的运动规律、颗粒物混合程度及静电作用对其运动和混合的影响。结合计算机仿真和实验技术，获得系统思想和分析能力，并建立完善的理论框架。
五、预期结果和进展
预计本研究能够探究脉冲流化床内静电作用对其混合性能的影响。预计实现的研究成果包括：
1.建立脉冲流化床CFD-DEM模型，并对其有效性进行验证。
2.建立脉冲流化床内颗粒物静电作用模型，并深入分析其机理。
3.研究不同工况下脉冲流化床内颗粒物的运动状态、混合程度及其静电作用对其影响的规律。
4.提出静电作用的控制方法，为脉冲流化床的工业应用提供优化方案。
本研究旨在深入探究脉冲流化床内颗粒物静电作用的机理和影响，为提高其传输效率和稳定性提供理论依据，为工业生产中的脉冲流化床应用提供技术支持。