振動流化床中顆粒運動特性的實驗研究與數(shù)值模擬.pdf

1、振動流化床是將機械振動的能量加入到流化床的一種流化床形式，由于振動力的加入可以降低床層壓降、起始流化的速度，提高床層的均一性和穩(wěn)定性等優(yōu)點，并且振動流化設備是一種具有高效傳質傳熱特性的設備，所以廣泛地應用于干燥、噴霧造粒及分選等諸多工業(yè)過程。隨著CFD的不斷發(fā)展，將理論分析和計算結合的數(shù)值方法越來越展現(xiàn)巨大的發(fā)展?jié)摿Γ瑢τ诙嘞嗔餮芯科鹬匾饔?。本文采用CFD數(shù)值模擬方法，利用流體力學模擬軟件Fluent，自行編寫振動網格UDF程序，對

2、振動流化床內局部流體力學特性進行了系統(tǒng)的模擬研究。通過數(shù)值模擬與實驗測定結果的比較分析，為設計開發(fā)此類反應器、優(yōu)化過程操作和提高反應效率提供詳細的數(shù)據(jù)支持和可靠的理論指導。
　　(1)綜述了前人對振動流化床實驗與數(shù)值模擬等多方面的研究進展。歐拉方法是最早應用到流化床模擬的方法之一，但是歐拉模型不考慮顆粒的尺寸、形狀、碰撞等微觀特點，相比而言DEM模型更適合研究振動流化床，而且所需經驗參數(shù)較少。但是由于DEM模型復雜將消耗大量計算時

3、間，以往文獻只是針對二維振動流化床或偽二維振動流化床進行模擬，顆粒數(shù)量級較小，并不能準確反應振動流化床的顆粒運動特性。這些問題是進行本文研究工作的原因。
　　(2)對二維振動流化床進行了實驗研究和數(shù)值模擬，實驗研究了振動流化床中床層壓降的變化，并采用歐拉模型模擬了振動方向、固含率、顆粒速度的影響。實驗研究發(fā)現(xiàn)振動力的加入會增強顆粒的流動性，床層壓降更接近于理論值。數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)豎直振動作用使床層底部形成低顆粒濃度區(qū)域，振動間隙出現(xiàn)并

4、產生大氣泡，而水平作用使床體側壁出現(xiàn)振動間隙;振動強度的增大有利于流化效果，振動頻率增大到一定程度效果減弱。
　　(3)采用DEM模型的CFD數(shù)值模擬方法，突破以往二維模型、少量顆粒的數(shù)值模擬限制，建立了10萬顆粒數(shù)量級的三維模型。模型能更好的模擬三維振動流化床各個方向顆粒碰撞，更真實的預測流體流動特性和顆粒的分布，隨著計算機技術的不斷發(fā)展，10萬顆粒數(shù)量級的三維模型模擬時間更快了。研究了振動對固含率、顆粒速度、床層空隙率等的影響