大顆粒氣固流化過程數值模擬.pdf

1、流化床技術目前已廣泛運用于化工、石化、冶金、能源、材料、生化、環(huán)保、制藥等領域。與傳統的燃燒、反應設備相比，流化床具有傳熱傳質效率高、床溫易控制、易于床料的加入和卸出、反應過程易于控制和調節(jié)以及可以提高產品的回收率等優(yōu)點。目前對流化床的研究很多，然而流化床內顆粒濃度高，顆粒之間以及顆粒相與氣相湍流之間的相互作用相當復雜，故迄今為止，流化床內氣固流動的規(guī)律仍遠未被人們了解。
　　 本文通過對目前流化床整個流化過程進行分析總結，將其

2、分為三個主要階段，即：顆粒堆積階段、固定床階段以及流化床階段。根據這三個階段的不同特點，分別采用不同的方法進行數值模擬，并對模擬結果進行綜合的探討，為更深入了解流化過程提供一定的指導。
　　 基于上述思路，首先在顆粒堆積階段，本文結合真實的顆粒堆積過程提出合理的顆粒堆積模型，即：在距離堆積面一定高度隨機生成顆粒，然后讓該顆粒按次序在重力作用下落入下面的堆積中，隨后結合牛頓力學，對顆粒受力分析后將顆粒調整至平衡位置。最后利用For

3、tran語言編寫程序，完成對一定數量的顆粒的堆積。另外考慮到堆積是為固定床作準備，因此堆積結果除了體現隨機性外還要保證堆積表面的均勻性，在此，本文也提出了相應的堆積策略，以保證堆積表面的比較平均，方便固定床階段的計算。
　　 其次，固定床階段主要就是在復雜多空介質下的流體力學計算。在此提出建立在Ergun方程基礎上的三維多孔介質模型對固定床內流體流動進行分析，模擬出不同表觀風速下固定床內壓力分布以及床層壓降，分析了壓降與表觀風速

4、的變化關系，并繪制出固定床階段的流化曲線，并與理論計算值和實驗值進行比較，結果表明模型能有效地描述固定床壓降以及流體流動。
　　 最后，流化床階段的模擬采用Euler-Lagrange離散顆粒方法，對三維流化床內顆粒以及氣泡的運動進行了直接數值模擬，其中顆粒之間的碰撞采用硬球模型處理。本文模擬了流化床內顆粒隨時間的運動；分析了不同表觀氣速下床層表面的壓強隨時間的變化關系；分析了流化床內壓力分布，壓降以及床層最大高度隨表觀氣體速度