随着工艺技术不断发展,持液颗粒流化技术的应用范围越来越广泛。颗粒间及颗粒与壁面间的液桥作用力会影响颗粒的碰撞与反弹行为,进而造成持液颗粒运动及混合特性较干颗粒更加复杂多变,如出现颗粒聚团、偏流甚至流化失稳等现象而不利于反应器内的传质传热以及安全平稳运行。因此,保持持液颗粒具备良好的运动及混合能力是相关反应器设计、优化及过程强化的重要理论基础。本文以持液颗粒流化体系为研究对象,利用CFD-DEM耦合方法对颗粒运动及混合特性展开系统地模拟研究,并进行多尺度关联分析。以期为持液气固喷动流化床的调控及过程强化提供理论指导。1.以喷动床中存在较大的停滞区为出发点,利用HSD接触力模型及经典Mikami静态液桥作用力模型对不同锥角结构下的持液颗粒运动进行了模拟。综合分析了颗粒流线、近壁面处颗粒速度及颗粒循环率随结构及操作参数的变化规律。结果表明,锥角度数增加比液体含量变化更易改善喷动流化床中的颗粒运动而达到减小或消除停滞区与提高颗粒运动能力的作用。当锥角度数较大时,颗粒运动由结构所主导,此时床层中基本不存在停滞区、颗粒运动程度高且颗粒运动基本不随液体含量增加而变化;而当锥角度数较小时,喷动流化床中的颗粒运动受锥角结构与液体含量的共同作用,适量的液体加入也可缩小停滞区,且不同的锥角结构所对应的最优液体含量也不同。2.以颗粒动态混合及Lacey指数、混合时间变化的定性结合定量手段来共同研究液体含量、锥角结构、静止床层高度及喷动气速等参数对颗粒混合特性的影响。由不同参数下的颗粒动态混合过程变化可知,颗粒混合过程取决于锥角结构,而液体含量、静止床层高度增加则会增加床层阻力而使得混合进程滞后,而喷动气速增加则会加快混合进程。由Lacey指数与混合时间变化可知,当锥角度数较大时,锥角结构主导颗粒运动且颗粒混合较为完全。因此,Lacey指数随液体含量、静止床层高度及喷动气速的变化较小;而混合时间随液体含量及静止床层高度增加而增加,随喷动气速增加而减小。而当锥角度数较小时,较大的停滞区造成床层中的颗粒混合不完全;随液体含量、静止床层高度增加床层阻力增加,这会使得混合时间增加而Lacey指数减小,然而喷动气速增加则与之相反。3.采用文献中的粘性力计算方程对已有仅考虑毛细管力的液桥作用力模型进行完善,模拟结果表明以LSD接触模型为基础,同时考虑毛细管力、粘性力及粘性力修正项的液桥作用力模型的模拟结果与实验结果最为接近。以此模型展开液体含量及粘度变化对喷动流化床中颗粒运动特性及微观特性的影响研究。通过对比模拟的颗粒浓度、轴向气体速度以及颗粒通量结果发现,液体含量及粘度增加会导致颗粒浓度及颗粒循环程度下降;并且与干颗粒相比,通过持液颗粒床层的气体速度降低而RMS气体速度增大。这说明持液颗粒的运动能力及床层稳定性随液体含量及粘度增加而下降。由颗粒间接触数目与液桥数目及液桥作用力变化可知:颗粒间接触数目与液桥数目随液体含量增加而增加,随液体粘度增加而减小;但液桥作用力随液体含量及粘度增加而增加。以上发现对于持液颗粒的工艺设计及优化具有重要的理论指导意义。