循環(huán)流化床液固兩相及氣液固三相的CFD-DEM模擬.pdf

1、多相流動是化工設備及化工單元操作中的基本現(xiàn)象。在多相系統(tǒng)中，不僅存在湍流現(xiàn)象，還存在復雜的顆粒/流體與顆粒/顆粒的相互作用。針對液固兩相流，本文采用CFD-DEM方法研究了液固流化床起始循環(huán)流化速度及顆粒在流化床上升管中的停留時間分布。針對氣液固三相流，本文首先建立三相流的CFD-DEM模型，然后研究了三相傳統(tǒng)流化床內(nèi)顆粒運動、相含率分布等。
　　起始循環(huán)流化速度是顆粒隨流體流出床體進入循環(huán)流化狀態(tài)的最小流體速度，是流化床設計及操

2、作的重要參數(shù)。本文提出一種定義液固流化床起始循環(huán)流化速度的新方法，即采用CFD-DEM方法得到顆粒停留時間分布，通過擬合顆粒平均停留時間與表觀液速關系圖，得到兩條不同斜率的直線，兩條直線的交點即為起始循環(huán)流化速度。起始循環(huán)流化速度的模擬結果與實驗值非常接近。模擬表明，起始循環(huán)流化速度受顆粒密度和顆粒尺寸的影響較大，塔的尺寸（塔高及塔徑）對其基本無影響。可用冪函數(shù)關聯(lián)顆粒平均停留時間與表觀液速。顆粒碰撞參數(shù)對顆粒平均停留時間和起始循環(huán)流化

3、速度無影響，但是會影響顆粒停留時間分布曲線，顆粒停留時間分布曲線上會出現(xiàn)不同程度的“小凸起”和拖尾。從顆粒的運動軌跡能看出液固系統(tǒng)內(nèi)顆粒的復雜流動行為。
　　針對氣液固三相系統(tǒng)，本文采用雙流體模型來描述氣液兩相的運動及相間耦合，同時用拉格朗日方法描述顆粒的運動，考慮液固間相互作用，忽略氣固間作用力，建立了封閉的氣液固E/E/L模型。以開源軟件OpenFOAM為平臺，實現(xiàn)了氣液固E/E/L模型，對三相傳統(tǒng)流化床內(nèi)相含率分布、顆粒運動

4、進行了數(shù)值模擬。模擬結果表明，在三相系統(tǒng)中，當表觀氣速較低時，氣含率模擬值比實驗值略低，表觀氣速高時，模擬值與實驗值差別較大。在低氣速下，氣固間作用力較弱，可以忽略氣固間作用力；在高氣速下，不可以忽略氣固間作用力。三相系統(tǒng)顆粒的停留時間分布曲線更接近于全混流理想反應器的停留時間分布曲線，說明三相系統(tǒng)中顆粒返混嚴重。另外，三相系統(tǒng)顆粒的停留時間分布曲線中出現(xiàn)了一些較大的“峰”，三相系統(tǒng)中可能存在顆粒團聚現(xiàn)象。顆粒影響氣含率的分布情況，使氣