论文部分内容阅读
流化床技术目前已广泛运用于化工、石化、冶金、能源、材料、生化、环保、制药等领域。与传统的燃烧、反应设备相比,流化床具有传热传质效率高、床温易控制、易于床料的加入和卸出、反应过程易于控制和调节以及可以提高产品的回收率等优点。目前对流化床的研究很多,然而流化床内颗粒浓度高,颗粒之间以及颗粒相与气相湍流之间的相互作用相当复杂,故迄今为止,流化床内气固流动的规律仍远未被人们了解。
本文通过对目前流化床整个流化过程进行分析总结,将其分为三个主要阶段,即:颗粒堆积阶段、固定床阶段以及流化床阶段。根据这三个阶段的不同特点,分别采用不同的方法进行数值模拟,并对模拟结果进行综合的探讨,为更深入了解流化过程提供一定的指导。
基于上述思路,首先在颗粒堆积阶段,本文结合真实的颗粒堆积过程提出合理的颗粒堆积模型,即:在距离堆积面一定高度随机生成颗粒,然后让该颗粒按次序在重力作用下落入下面的堆积中,随后结合牛顿力学,对颗粒受力分析后将颗粒调整至平衡位置。最后利用Fortran语言编写程序,完成对一定数量的颗粒的堆积。另外考虑到堆积是为固定床作准备,因此堆积结果除了体现随机性外还要保证堆积表面的均匀性,在此,本文也提出了相应的堆积策略,以保证堆积表面的比较平均,方便固定床阶段的计算。
其次,固定床阶段主要就是在复杂多空介质下的流体力学计算。在此提出建立在Ergun方程基础上的三维多孔介质模型对固定床内流体流动进行分析,模拟出不同表观风速下固定床内压力分布以及床层压降,分析了压降与表观风速的变化关系,并绘制出固定床阶段的流化曲线,并与理论计算值和实验值进行比较,结果表明模型能有效地描述固定床压降以及流体流动。
最后,流化床阶段的模拟采用Euler-Lagrange离散颗粒方法,对三维流化床内颗粒以及气泡的运动进行了直接数值模拟,其中颗粒之间的碰撞采用硬球模型处理。本文模拟了流化床内颗粒随时间的运动;分析了不同表观气速下床层表面的压强随时间的变化关系;分析了流化床内压力分布,压降以及床层最大高度随表观气体速度的变化,最后与固定床阶段进行综合,绘制出完整的流化曲线,确定了流化床内大颗粒的初始流化速度,结果与实验值以及经验公式计算值吻合较好。