鼓泡流化床不規(guī)則形狀顆粒氣固兩相流動特性研究.pdf

1、流化床在石油、化工、能源、環(huán)保、制藥、食品加工等領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。鼓泡流化床作為流化床經(jīng)典床型的一種，無論是實際應(yīng)用還是理論研究，都是相關(guān)人員一直關(guān)注的熱點(diǎn)。在實際應(yīng)用中，鼓泡流化床內(nèi)的顆粒通常為不規(guī)則形狀的顆粒。相比較規(guī)則形狀的顆粒，不規(guī)則形狀顆粒會對鼓泡流化床內(nèi)的氣固流動特性造成一定的影響。本文應(yīng)用模擬和實驗的兩種方法，研究了橢球形玻璃珠、不規(guī)則近球形黑小米、黃小米和橢球形高粱米顆粒在鼓泡流化床內(nèi)的氣固兩相流動特性。
　　在數(shù)

2、值模擬中，采用了歐拉-歐拉雙流體模型。其中，固相應(yīng)力本構(gòu)方程采用顆粒動理學(xué)理論進(jìn)行封閉。曳力模型選擇的是 Gidaspow模型，來研究氣固兩相間的動量交換。研究了在不同入口表觀氣速、不同彈性恢復(fù)系數(shù)以及不同壁面反射系數(shù)等工況下，玻璃珠和黑小米顆粒在床內(nèi)的氣固流動特性，包括濃度分布、速度分布以及顆粒溫度分布。在實驗中，采用 PIV（Particle Image Velocimetry）測速技術(shù)，測量了黑小米、黃小米和高粱米顆粒在鼓泡流化床

3、內(nèi)的速度分布情況。
　　對玻璃珠顆粒在鼓泡流化床內(nèi)氣固流動特性的數(shù)值模擬結(jié)果表明，在不同入口表觀氣速下，床內(nèi)的空隙率分布、濃度分布、速度分布和顆粒溫度分布有明顯的差異。隨著入口表觀氣速的增加，床內(nèi)顆粒運(yùn)動越來越劇烈，氣泡尺寸逐漸變大。在床層底部，顆粒主要呈上升運(yùn)動，而在頂部以及鼓泡床的兩側(cè)邊壁，顆?？傮w上呈現(xiàn)向下的運(yùn)動，形成了鼓泡流化床內(nèi)顆粒的循環(huán)運(yùn)動。床層上部的顆粒溫度相對床層中部和底部的顆粒溫度較大一些,在左右壁面處的顆粒溫度

4、較床層內(nèi)部的顆粒溫度大一些。高彈性恢復(fù)系數(shù)下，顆粒相濃度較高，軸向速度也較大。在床層底部和中部，顆粒相濃度隨著壁面反射系數(shù)增大而增加，在床層頂部，則剛好相反。對于黑小米顆粒，隨著入口表觀氣速的增加，床內(nèi)顆粒運(yùn)動越來越劇烈，床層膨脹逐漸增大，氣泡尺寸逐漸變大，并且變得越來越狹長。床層上部的顆粒溫度相對床層中部和底部的顆粒溫度較大一些,在左右壁面處的顆粒溫度較床層內(nèi)部的顆粒溫度大一些。
　　對黑小米、黃小米和高粱米顆粒在鼓泡流化床內(nèi)氣

5、固兩相流的實驗研究表明，PIV測速技術(shù)能夠應(yīng)用于稠密氣固兩相流動中固相速度場的測量。實驗測量結(jié)果表明隨著表觀氣速的增大，黑小米顆粒鼓泡流化床床層表面膨脹逐漸變大，氣固兩相相互作用逐漸增強(qiáng)，氣泡形狀變得不規(guī)則。隨著初始床層高度的增加，鼓泡流化床流體動力特性受到影響。不同尺度的顆粒鼓泡流化床內(nèi)流體動力特性具有較明顯的區(qū)別，黑小米顆粒最易流化，高粱米顆粒不易流化，黑小米顆粒鼓泡流化床呈現(xiàn)典型鼓泡流態(tài)化特征。同時將黑小米顆粒的實驗結(jié)果與模擬結(jié)果