石油焦气化制氢是高效、清洁利用石油焦的一种新型技术,而石油焦高压密相气力输送是该技术中的关键一环。石油焦高压密相气力输送过程中固相颗粒浓度高,运动状态复杂,对其流动规律了解并不是十分清楚。同时由于缺乏可靠的理论依据作指导,在实际应用过程中,气输管道内的堵塞现象经常出现。为了有效预防与解决实际石油焦颗粒输送过程中管道内的堵塞问题,有必要对其输送过程中管内流体的流动特性展开研究。本文运用理论分析与数值仿真相结合的研究方法,对不同工况下水平管、竖直管和弯管中气固两相流的速度分布、浓度分布、最佳经济速度以及压力降的变化规律展开研究。根据计算结果提出相应的预防措施以及解决堵管的方案,为石油焦气力输送系统的设计提供参考依据。本文研究的内容有:首先对管道中石油焦颗粒的受力进行分析,并在欧拉模型的基础上,运用颗粒动力学理论,建立了适用于石油焦密相气输过程的数学模型。该模型考虑了石油焦颗粒间的碰撞与摩擦,同时也考虑了颗粒与管壁之间的摩擦。其次,对水平管石油焦高压密相气输过程进行了数值仿真,掌握了水平管中气固两相的速度分布、颗粒浓度分布以及压降规律。分析了表观气速、石油焦颗粒直径、输送介质以及颗粒质量流量对水平管内气固两相速度、浓度分布以及压力降的影响;探讨了颗粒质量流量及颗粒直径对水平管压降规律的影响。结果表明:由于重力作用,水平管中石油焦颗粒的流动形态为典型的非均相悬浮流动,颗粒在管底形成沉积层导致管内气固两相浓度分布的不均匀性非常显著;管内压力损失随着表观气速先增大后减小,且针对特定的质量流量,存在一个使管内压降达到最小的最佳经济输送气速。再次,通过建立垂直向上一体化管道,分别分析了垂直管段以及弯管中气固两相的流动特性以及压降规律,以及输送介质、颗粒直径、弯管曲率半径等对输送过程的影响。结果显示:垂直管中气固两相的速度与浓度均呈对称分布,且石油焦颗粒体积分数的最高值并非出现在管道中心而是出现在y/R=0.8附近;同时垂直管中针对特定的颗粒质量流量也存在一个最佳经济速度,且通过比较可知,相同条件下水平管中压降与最佳经济速度均小于竖直管;在弯管中,由于离心力作用,石油焦颗粒向弯管外侧发生堆积,且该堆积现象在超过弯管45°面后发生的尤为明显,并且颗粒在经过弯管45°面后速度急剧下降,管内能量损失加剧,通过分析可知当弯管曲率半径越小时这种现象越明显。最后,通过对前面计算结果的分析,提出了一种弯管结构的优化设计,并通过数值模拟验证了该结构的有效性。