鼓泡流化床中氣固兩相流的格子氣元胞自動機模擬研究.pdf

1、鼓泡流化床是流態(tài)化煉鐵工藝中的預還原反應器，其中的氣固兩相流問題是反應器設計、放大和操作中的核心問題和難點所在。由于氣固兩相之間復雜的非線性相互作用，對鼓泡流化床中的典型流動規(guī)律如氣泡動力學、氣固相間的耦合關系等的認識還不充分，阻礙了鼓泡流化床反應器的應用和工藝發(fā)展。針對這種狀況，本文以格子氣元胞自動機方法為基礎，構建了氣固兩相流模型，對鼓泡流化床中的氣泡現象開展了模擬研究，在此基礎上對氣固相間耦合機理進行了嘗試性改進，并在單顆粒上進行

2、了驗證。
　　本研究主要內容包括：⑴基于格子氣元胞自動機方法的氣固兩相流模型是一種介尺度模型，模型物理量與真實物理量之間的轉換是這類模型構建和應用的基礎。為此，基于相似原理，通過黏度、聲速、密度等限制關系得到基本物理量（長度、時間和質量）的轉換關系，再利用量綱分析獲得導出物理量的轉換關系，以管道中的單相流和鼓泡流化床中的氣固兩相流數值算例為對象，驗證了轉換關系的合理性。⑵氣固兩相流模型包含三個部分：氣相、固相（顆粒流）和氣固相間耦

3、合作用。氣相模型在的格子氣元胞自動機模型基礎上，附加了表征氣體與固體之間表面張力的引力規(guī)則；固相模型則增加了表征顆粒重力和耗散特征的格子氣元胞自動機規(guī)則，并在移動床中心卸料問題上對其有效性進行了驗證；為簡化稠密顆粒體系中氣固相間作用的計算，采用相同尺度劃分氣、固相的空間網格，并直接以異相粒子間的動量交換替代復雜的相間耦合。在此基礎上，構建了氣固兩相流的格子氣元胞自動機模型。⑶應用所構建的氣固兩相流模型對單噴嘴和分布板兩種典型鼓泡床中的氣

4、泡現象進行了模擬。模擬結果表明：所建模型能定性表達氣泡產生和上升過程，量化得到的氣泡當量直徑與實驗和其他方法所獲得的結果具有相同的規(guī)律，但隨著氣泡的上升，氣泡內部彌散的固體顆粒增多、氣泡輪廓不易辨識，而且床層的膨脹也過大，這些缺陷與固體顆粒的運動有關，且直接受氣固相間耦合精度控制。本文嘗試著改進這些缺陷，將固體顆粒邊界投影到氣體網格上，并設計了一種概率反彈的氣固耦合作用模型，即運動到顆粒邊界的氣體粒子以一定概率發(fā)生反彈，期間氣體粒子傳遞