應用LES-DSMC方法研究流化床氣固兩相流動特性.pdf

1、氣固兩相流動被廣泛地應用于工業(yè)生產中，數值模擬以其獨特的優(yōu)點，成為氣固兩相流研究的重要手段之一。近年來，由于計算機硬件的飛速發(fā)展，直接對顆粒進行跟蹤的離散顆粒模型得到了廣泛的關注，此類模型將流體相處理為連續(xù)介質，顆粒相處理為獨立的離散體系，由于它對顆粒相運動進行的是顆粒層次的分析，因而可以從顆粒尺度與宏觀尺度模擬流化床氣固兩相流的多尺度結構。
　　在離散顆粒模型中，根據對顆粒間碰撞過程的處理方法的不同可分為確定性模型和隨機性模型。

2、已有的應用直接模擬蒙特卡羅(DSMC)方法模擬流化床內稀疏氣固兩相流動的研究中，均采用稀薄氣體分子碰撞概率的計算方法計算氣固兩相流中顆粒的碰撞概率，采用層流Navier-Stokes方程模擬氣相流動。然而，在高顆粒濃度下顆粒碰撞對的確定需要考慮高顆粒濃度存在的影響，同時在高顆粒濃度流化床氣固兩相流動中，需要考慮氣體粘性的作用。
　　本文建立了離散顆粒運動-碰撞解耦模型，模型中應用DSMC方法模擬顆粒間的碰撞過程。推導了高顆粒濃度氣

3、固兩相流顆粒間碰撞概率的計算公式，引入徑向分布函數來考慮局部顆粒濃度不均勻性對顆粒碰撞概率的影響。采用大渦模擬（LES）研究氣相湍流。應用了子網格技術，采用此技術可以減小計算工作量并且提高碰撞對象抽取的合理性。
　　應用LES-DSMC方法研究了循環(huán)流化床上升管內顆粒和顆粒團聚物的流動特性。得到了時均顆粒速度和濃度的分布。分析了瞬時單顆粒的速度、位置以及顆粒所在網格的顆粒濃度隨時間的變化規(guī)律。研究了氣體表觀速度和碰撞彈性恢復系數對

4、氣固兩相流動特性以及顆粒團聚物流動特性的影響。得到了顆粒碰撞頻率和顆粒溫度隨顆粒濃度的變化規(guī)律。得到了團聚物平均存在時間、生成頻率、平均濃度的分布。由快速傅立葉變換得到的瞬時顆粒濃度波動的主頻范圍為0.1-1.0Hz。對瞬時顆粒濃度波動的小波多尺度分析結果表明，離散單顆粒的運動信號頻率高，顆粒團聚物的運動信號頻率低，壁面區(qū)域顆粒團聚物的生成頻率高于中心區(qū)域。
　　應用LES-DSMC方法研究多孔射流鼓泡流化床內顆粒和氣泡的流動特性

5、。得到了床內時均顆粒速度和濃度的分布。得到了顆粒溫度隨顆粒濃度的變化規(guī)律以及顆粒速度的概率密度分布。研究了氣體表觀速度和碰撞彈性恢復系數對兩相流動特性的影響。應用快速傅立葉變換得到的瞬時顆粒濃度的功率譜密度顯示流化床顆粒濃度脈動頻率低，能量高，脈動主頻率為0.4-1.0Hz，其值與Pain等獲得的0.7-2.0Hz基本吻合。應用小波多尺度分析的方法研究瞬時顆粒濃度的波動情況，得到氣泡生成頻率的分布特性，結果顯示中心區(qū)域氣泡生成頻率高于壁

6、面區(qū)域。應用快速攝像(CCD)法研究多孔射流鼓泡流化床內氣泡的形成以及在床層表面破碎的過程。采用粒子分布圖像相關法獲得床內不同高度處顆粒時均軸向和徑向速度的分布，試驗與數值模擬的結果基本吻合。
　　建立了超細顆粒運動和碰撞解耦模型，模型中考慮超細顆粒間范德華粘性作用力的影響。采用LES-DSMC方法研究超細顆粒氣固兩相流流動特性。數值模擬結果展現出了超細顆粒特有的氣相-團聚物相兩相流態(tài)化形態(tài)，流化過程中團聚物呈現出枝狀，條狀，鏈狀