大顆粒氣固流化過程數(shù)值模擬.pdf

1、流化床技術(shù)目前已廣泛運(yùn)用于化工、石化、冶金、能源、材料、生化、環(huán)保、制藥等領(lǐng)域。與傳統(tǒng)的燃燒、反應(yīng)設(shè)備相比，流化床具有傳熱傳質(zhì)效率高、床溫易控制、易于床料的加入和卸出、反應(yīng)過程易于控制和調(diào)節(jié)以及可以提高產(chǎn)品的回收率等優(yōu)點(diǎn)。目前對(duì)流化床的研究很多，然而流化床內(nèi)顆粒濃度高，顆粒之間以及顆粒相與氣相湍流之間的相互作用相當(dāng)復(fù)雜，故迄今為止，流化床內(nèi)氣固流動(dòng)的規(guī)律仍遠(yuǎn)未被人們了解。
　　 本文通過對(duì)目前流化床整個(gè)流化過程進(jìn)行分析總結(jié)，將其

2、分為三個(gè)主要階段，即：顆粒堆積階段、固定床階段以及流化床階段。根據(jù)這三個(gè)階段的不同特點(diǎn)，分別采用不同的方法進(jìn)行數(shù)值模擬，并對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行綜合的探討，為更深入了解流化過程提供一定的指導(dǎo)。
　　 基于上述思路，首先在顆粒堆積階段，本文結(jié)合真實(shí)的顆粒堆積過程提出合理的顆粒堆積模型，即：在距離堆積面一定高度隨機(jī)生成顆粒，然后讓該顆粒按次序在重力作用下落入下面的堆積中，隨后結(jié)合牛頓力學(xué)，對(duì)顆粒受力分析后將顆粒調(diào)整至平衡位置。最后利用For

3、tran語言編寫程序，完成對(duì)一定數(shù)量的顆粒的堆積。另外考慮到堆積是為固定床作準(zhǔn)備，因此堆積結(jié)果除了體現(xiàn)隨機(jī)性外還要保證堆積表面的均勻性，在此，本文也提出了相應(yīng)的堆積策略，以保證堆積表面的比較平均，方便固定床階段的計(jì)算。
　　 其次，固定床階段主要就是在復(fù)雜多空介質(zhì)下的流體力學(xué)計(jì)算。在此提出建立在Ergun方程基礎(chǔ)上的三維多孔介質(zhì)模型對(duì)固定床內(nèi)流體流動(dòng)進(jìn)行分析，模擬出不同表觀風(fēng)速下固定床內(nèi)壓力分布以及床層壓降，分析了壓降與表觀風(fēng)速

4、的變化關(guān)系，并繪制出固定床階段的流化曲線，并與理論計(jì)算值和實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行比較，結(jié)果表明模型能有效地描述固定床壓降以及流體流動(dòng)。
　　 最后，流化床階段的模擬采用Euler-Lagrange離散顆粒方法，對(duì)三維流化床內(nèi)顆粒以及氣泡的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了直接數(shù)值模擬，其中顆粒之間的碰撞采用硬球模型處理。本文模擬了流化床內(nèi)顆粒隨時(shí)間的運(yùn)動(dòng)；分析了不同表觀氣速下床層表面的壓強(qiáng)隨時(shí)間的變化關(guān)系；分析了流化床內(nèi)壓力分布，壓降以及床層最大高度隨表觀氣體速度