循环流化床流动特性数值模拟研究

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流固两相流动与反应现象在石油化工,湿法冶金,生物制药,新材料等领域普遍存在,随着工业的发展,流态化过程得到了广泛的应用。因此使用数值模拟的方法来探究循环流化床内流动特性及机理具有重要的现实意义。目前对循环流化床的研究大多数都针对二维循环流化床或者循环流化床中的提升管和下降管部分进行研究。而完整的三维的循环流化床可以更准确地揭示颗粒在流化床内部的流动情况,所以发展完整的三维循环流化床对模拟两相流具有重要意义。本文基于欧拉-欧拉双流体模型结合颗粒动理学研究液固两相流动问题,采用k-ε湍流模型对完整的三维循环流化床内液固两相流的流动特性进行数值模拟。模拟时充分考虑流固两相间的作用力,固壁面采用cut cell无滑移边界条件。分别采用多种常用的曳力模型模拟了液固循环流化床和气固循环流化床内颗粒的流动特性,将模拟结果分别与相关经典实验的结果进行比较,并分析了液固、气固循环流化床内颗粒的流动特性。结果表明,在液固循环流化床中使用BVK曳力模型和Wen-Yu曳力模型时颗粒在提升管中的流化较均匀,颗粒没有明显的堆积。不同曳力模型下颗粒的轴向速度趋势大体相同。而使用Wen-Yu曳力模型对颗粒拟温度的影响较大;颗粒的浓度随着第一入口速度的增加而增大,并随着第二入口速度的增加而减小,同时颗粒质量越大,床层越高,提升管内颗粒浓度越大。气固循环流化床内的颗粒体积分数呈现上稀下浓的趋势,并且颗粒浓度较低时颗粒的轴向速度大。在BVK曳力模型下,循环流化床流化效果最好。曳力模型对轴向上颗粒速度分布影响较小,在径向Z方向上,曳力模型对颗粒轴向速度有较大的影响,但是在径向X方向上的影响很小。此外,不同曳力模型下颗粒拟温度分布不同,使用Gidaspow曳力模型时颗粒的湍动能最大。同时,曳力模型对液固和气固循环流化床内提升管和下降管中颗粒速度和颗粒浓度分布有很大的影响。
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