雙組分鼓泡流化床內氣固兩相流動實驗研究和數值模擬.pdf

1、鼓泡流化床在能源、食品、化工等諸多領域都有著重要的應用，其中流化床內的氣固兩相流動特性一直是研究的重點。許多學者對入口表觀氣速、顆粒種類、形狀和直徑等因素進行了研究。在實際應用中，鼓泡流化床內的顆粒常常是多組分的，因此對鼓泡流化床內不同顆粒的混合特性的研究非常必要。本文選擇相同密度不同粒徑的兩種顆粒，進行了不同配比的雙組分顆粒在鼓泡流化床內氣固兩相流動特性的實驗與數值模擬研究。
　　本文基于粒子圖像測速技術（Particle Im

2、age Velocimetry，PIV）搭建實驗臺，選用兩種不同粒徑的透明球形玻璃珠作為顆粒進行實驗，測量顆粒的實時速度，分析流態(tài)化規(guī)律。實驗結果表明入口表觀氣速越大，氣泡尺寸越大，雙組分顆粒運動越劇烈，氣固兩相混合更加充分。顆粒配比不同時，小顆粒質量分數對雙組分顆粒平均速度在不同床層高度上有不同的影響。對比粒徑1.6mm/2mm和粒徑1mm/2mm的兩組雙組分顆粒的實驗結果發(fā)現，前者的床層膨脹大，氣泡尺寸大，后者產生的氣泡更為規(guī)則，鼓

3、泡現象更為明顯。
　　數值模擬計算基于歐拉-歐拉雙流體模型，采用顆粒動理學理論封閉顆粒相方程組，采用曳力模型描述氣固兩相間的相互作用。本文考察了入口表觀氣速、雙組分顆粒配比、顆粒粒徑、曳力模型和恢復系數等因素對顆粒行為的影響，分別研究了包括速度、顆粒溫度、相對濃度和瞬時空隙率在內的參數分布情況，深入研究其內在機理。
　　數值模擬結果表明，鼓泡流化床內的顆粒運動情況與實驗結果吻合較好。雙組分顆粒在床中部向上運動，在床兩側向下運

4、動，呈現環(huán)核狀流動。曳力模型選擇Huilin-Gidaspow模型，彈性恢復系數選取0.95時模擬結果與實驗結果吻合較好。雙組分顆粒中大顆粒的相對濃度隨著床層高度的升高而降低，小顆粒的相對濃度隨床層高度的升高而增加，雙組分顆粒出現分層現象。隨著入口表觀氣速的增加，雙組分顆粒的平均軸向速度增大，顆粒運動更加劇烈，床層膨脹增大。雙組分顆粒的平均顆粒溫度在不同床高處規(guī)律不同。在床層底部，小顆粒質量分數最大時的平均顆粒溫度最大，在床層頂部則相反