2001年意大利Basell公司提出多区循环反应器生产工艺,将循环流化床反应器的优势应用于聚烯烃的生产,提高产品性能。循环流化床提升管段存在典型的轴向和径向非均匀流动结构,气固流动行为复杂。本文基于计算流体力学的数值模拟方法,在研究FCC(fluid catalytic cracking)气固两相动力学特性的基础上,深入对动力学模型的理解并参照该模型建立聚丙烯气固两相动力学模型,进而对聚丙稀(Polypropylene,PP)体系的气固动力学行为进行深入探讨。 应用欧拉双流体模型及颗粒动力学理论,对FCC气固体系的动力学特性进行数值模拟。提升管内存在典型的非均匀流动结构。固含率轴向分布为S型分布,床层压降的轴向不均匀分布是由曳力模型决定的,数值模拟结果表明考虑到不同固含率下气固作用不同的Gidaspow曳力模型能够准确描述轴向非均匀的流动结构。颗粒径向分布为典型的环核流动结构,颗粒在壁面处采用的部分滑移条件能够准确描述其在该处的动力学行为。宏观变量固含率显著影响微观颗粒脉动,颗粒温度在固含率为0.05—0.1时产生转折,这是颗粒的微相结构发生变化造成的,颗粒运动从单颗粒过渡到颗粒团为主。通过功率谱方法对提升管内的压力脉动分析,局部流动结构与压力脉动的主频及幅值直接相关,单颗粒及絮状物具有不同的脉动特性。通过对欧拉双流体模型探讨,深入了解其机理及参数的选取。 将FCC气固两相流体动力学模型应用于聚丙烯气固两相流动体系,数值模拟不同操作条件提升管内气固流动特性,并从流动结构、床层压力脉动等方面与实验结果进行对比。数值计算得到颗粒典型的径向环核流动结构、轴向非均匀压力分布以及固含率稀浓两区共存的非均匀流动结构,与实验值的吻合较好,表明选取的模型及参数对聚丙烯气固体系流体动力学行为可准确的描述。由于聚丙烯密度小,很容易被气体携带,导致气固间相对速度小,轴向分布更趋于均匀。且进口条件对于底部区域的气固流动行为影响较大。探索采用离散颗粒模型方法对颗粒停留时间分布进行计算,得到典型的双峰分布及一定的拖尾及不对称现象。