振動(dòng)流化床中顆粒運(yùn)動(dòng)特性的實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬.pdf

1、振動(dòng)流化床是將機(jī)械振動(dòng)的能量加入到流化床的一種流化床形式，由于振動(dòng)力的加入可以降低床層壓降、起始流化的速度，提高床層的均一性和穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，并且振動(dòng)流化設(shè)備是一種具有高效傳質(zhì)傳熱特性的設(shè)備，所以廣泛地應(yīng)用于干燥、噴霧造粒及分選等諸多工業(yè)過(guò)程。隨著CFD的不斷發(fā)展，將理論分析和計(jì)算結(jié)合的數(shù)值方法越來(lái)越展現(xiàn)巨大的發(fā)展?jié)摿?，?duì)于多相流研究起著重要作用。本文采用CFD數(shù)值模擬方法，利用流體力學(xué)模擬軟件Fluent，自行編寫(xiě)振動(dòng)網(wǎng)格UDF程序，對(duì)

2、振動(dòng)流化床內(nèi)局部流體力學(xué)特性進(jìn)行了系統(tǒng)的模擬研究。通過(guò)數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果的比較分析，為設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)此類(lèi)反應(yīng)器、優(yōu)化過(guò)程操作和提高反應(yīng)效率提供詳細(xì)的數(shù)據(jù)支持和可靠的理論指導(dǎo)。
　　(1)綜述了前人對(duì)振動(dòng)流化床實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬等多方面的研究進(jìn)展。歐拉方法是最早應(yīng)用到流化床模擬的方法之一，但是歐拉模型不考慮顆粒的尺寸、形狀、碰撞等微觀特點(diǎn)，相比而言DEM模型更適合研究振動(dòng)流化床，而且所需經(jīng)驗(yàn)參數(shù)較少。但是由于DEM模型復(fù)雜將消耗大量計(jì)算時(shí)

3、間，以往文獻(xiàn)只是針對(duì)二維振動(dòng)流化床或偽二維振動(dòng)流化床進(jìn)行模擬，顆粒數(shù)量級(jí)較小，并不能準(zhǔn)確反應(yīng)振動(dòng)流化床的顆粒運(yùn)動(dòng)特性。這些問(wèn)題是進(jìn)行本文研究工作的原因。
　　(2)對(duì)二維振動(dòng)流化床進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬，實(shí)驗(yàn)研究了振動(dòng)流化床中床層壓降的變化，并采用歐拉模型模擬了振動(dòng)方向、固含率、顆粒速度的影響。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)振動(dòng)力的加入會(huì)增強(qiáng)顆粒的流動(dòng)性，床層壓降更接近于理論值。數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)豎直振動(dòng)作用使床層底部形成低顆粒濃度區(qū)域，振動(dòng)間隙出現(xiàn)并

4、產(chǎn)生大氣泡，而水平作用使床體側(cè)壁出現(xiàn)振動(dòng)間隙;振動(dòng)強(qiáng)度的增大有利于流化效果，振動(dòng)頻率增大到一定程度效果減弱。
　　(3)采用DEM模型的CFD數(shù)值模擬方法，突破以往二維模型、少量顆粒的數(shù)值模擬限制，建立了10萬(wàn)顆粒數(shù)量級(jí)的三維模型。模型能更好的模擬三維振動(dòng)流化床各個(gè)方向顆粒碰撞，更真實(shí)的預(yù)測(cè)流體流動(dòng)特性和顆粒的分布，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，10萬(wàn)顆粒數(shù)量級(jí)的三維模型模擬時(shí)間更快了。研究了振動(dòng)對(duì)固含率、顆粒速度、床層空隙率等的影響