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为了完善大型流态化数值模拟方法,从而实现对循环流化床的准确模拟、预测和过程优化,有必要深入研究复杂非平衡多尺度非均匀气固流态化过程规律。基于本课题组提出的QC-EMMS曳力模型,进一步深入对介尺度结构影响气固相间非均匀曳力规律的认识,从而不断提高曳力模型的计算准确度。通过建立不同工况宏观参数与流态化非均匀曳力下降之间的数学模型,可实现模型对未知工况预测功能。本文首先基于QC-EMMS曳力模型,开展对某流化床的3D数值模拟。基于对该工况的准确模拟,深入探究非均匀流态化条件下介尺度结构特性,分析颗粒浓度脉动、出现概率、递归特性等规律;通过追踪颗粒团的运动过程,获得颗粒团的尺度演化等规律。QC-EMMS非均匀曳力模型较其他EMMS类曳力模型的计算准确性大幅提升,其核心在于颗粒团固含率方程的提出。本文通过稀浓两组系列流化床实验来检验颗粒团固含率模型。分别在高矮两个循环流化床系统中开展浓相流和稀相流实验,采用光纤探针测得局部颗粒浓度的脉动时间序列,并获得颗粒团固含率。本文提出了颗粒团判别标准系数n的数学模型,系数n不应为固定值,而是随局部浓度呈单峰变化。QC-EMMS非均匀曳力模型对较为稀疏流化床模拟时具有一定的局限性。通过深入研究EMMS理论中直接影响曳力的介尺度参数,发现了参数之一——密相体积分数f在稀区很不合理,应趋于0,而非趋于1。对f改进后使其符合物理实际,相应的QC1.1-EMMS曳力模型对稀疏区工况可以显著提高计算准确度,并预测合理的床整体非均匀度。为了封闭QC-EMMS曳力模型中存在的待定参数Ψ,实现模型对不同流态化工况的普遍适用和对未知工况的预测功能,构建了其工况普适化。基于对流态化流型转化以及不同流型床整体非均匀度的分析,发现曳力模型中床整体非均匀指数Ψ应与工况条件——床整体颗粒浓度εs,bed的关系呈单峰分布。通过对大量工况的准确模拟,验证了这一单峰关系的存在,且峰值位于εs,bed=0.12附近,据此构建了普适化数学模型。