鼓泡流化床氣固兩相流顆粒行為數(shù)值模擬研究.pdf

1、流化床系統(tǒng)是利用固體流態(tài)化技術(shù),使顆粒懸浮于流體介質(zhì)中而改變顆粒之間的接觸形式,使顆粒具有擬流體性質(zhì)的工業(yè)設(shè)備。流化床最早出現(xiàn)于化工工業(yè),隨后引入能源行業(yè),并引發(fā)了巨大的技術(shù)變革。鼓泡流化床是流化床設(shè)備中重要的一類,在能源、化工、冶金、制藥和生物工程等行業(yè)內(nèi)具有廣泛的應(yīng)用,對(duì)鼓泡流化床運(yùn)行機(jī)理的探索一直是研究的熱點(diǎn)。
　　經(jīng)過(guò)近幾十年的發(fā)展,鼓泡流化床內(nèi)氣固兩相流動(dòng)的研究已經(jīng)取得了初步的成果,并得到了流場(chǎng)結(jié)構(gòu)及部分顆粒動(dòng)力學(xué)特性,

2、奠定了一定的理論基礎(chǔ)。隨著研究的深入,更多的問(wèn)題呈現(xiàn)了出來(lái),比如對(duì)顆粒小尺度上的動(dòng)力學(xué)特性的研究及相關(guān)模型參數(shù)的影響等。本文針對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)行了相關(guān)的模擬研究,主要分析了顆粒的動(dòng)力學(xué)特性。
　　本文依據(jù)歐拉-拉格朗日模型的基本原理,建立了氣固兩相流動(dòng)的計(jì)算模型,氣相采用連續(xù)模型,直接求解體積平均的納維-斯托克斯方程,并加入大渦模擬方法,對(duì)Smagorinsky亞格子模型中的Smagorinsky常量進(jìn)行了改進(jìn),采用函數(shù)形式的Smag

3、orinsky常量;固相采用離散顆粒硬球模型,并研究了單組份和雙組份固相在鼓泡流化床內(nèi)的不同顆粒行為。對(duì)顆粒平移和旋轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了分析,著重研究了顆粒的平移和旋轉(zhuǎn)速度脈動(dòng)情況,考察了入口空氣速度、床層高度、雙組份固相份額和不同彈性恢復(fù)系數(shù)等參數(shù)對(duì)顆粒動(dòng)力學(xué)特性的影響。
　　對(duì)單組份固相的鼓泡流化床氣固兩相流動(dòng)的模擬結(jié)果顯示,采用歐拉-拉格朗日法的離散顆粒模型(DPM)模擬并選用Beetstra曳力模型和0.97的法向彈性恢復(fù)系

4、數(shù)的模擬結(jié)果與Müller等人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合較好,而不同的模型參數(shù)對(duì)顆粒的動(dòng)力學(xué)特性具有不同的影響:曳力模型主要影響顆粒的宏觀運(yùn)動(dòng)特性,表觀氣速全面影響顆粒的運(yùn)動(dòng)特性,而法向彈性恢復(fù)系數(shù)對(duì)顆粒運(yùn)動(dòng)特性雖然有較大影響,但規(guī)律性不強(qiáng)。
　　對(duì)雙組份固相的鼓泡流化床氣固兩相流動(dòng)的模擬結(jié)果表明,采用歐拉-拉格朗日法進(jìn)行模擬,固相應(yīng)用離散顆粒硬球模型,氣相采用大渦模擬方法,其中Smagorinsky亞格子模型應(yīng)用了變化的Smagorinsk