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基于亚格子尺度模型的液固流化床流动特性的数值模拟研究

孙泽  
【摘要】:液固两相流是多相流中一个重要的研究方向。液固流化床具有良好的混合、传热、传质等优点。然而由于目前对其理论研究工作较少,加之流化床内颗粒流体具有非线性和结构不均匀性等特点,因此亟需对液固流化床内两相流动的本质与机理进行深入讨论。本文采用数值模拟方法,基于亚格子尺度双流体模型加入壁面修正系数考虑壁面效应,结合双流体模型及颗粒动理学,建立液固提升管及液固喷动床的二维流动模型。研究不同工况下颗粒的流动特性,分析颗粒浓度、颗粒轴向速度等分布,从而得到床内颗粒流动规律。数值模拟液固提升管内流动行为,结果显示加入壁面修正的亚格子尺度模型网格适应性强,能够在粗网格计算中准确反映微观流动行为;在提升管发展段内,颗粒分布呈环-核结构,边壁出现明显的返混现象,加入壁面修正的亚格子尺度模型和EMMS模型相比,更加接近实验结果,意旨对亚格子模型进行了合理的模型验证。数值模拟液固喷动床内流动行为,得到了喷动床内喷射区、环隙区及喷泉区三大区域的流动状态;研究结果表明随液相入口速度增大、液相粘度增大,床层膨胀高度逐渐增加,颗粒浓度减小,颗粒及液相轴向速度增大;喷动床倒锥体锥角主要对床内环隙区产生影响,随锥角的减小,环隙区向喷射区流动的颗粒逐渐聚集,颗粒浓度减小、颗粒速度下降。模拟中将亚格子尺度模型基于其他曳力模型进行比较,可以明显捕捉喷动床喷射区域内颗粒浓度低,环隙区域内颗粒浓度高,固相颗粒在环隙区及喷射区内循环运动等特点。在喷射区、环隙区内亚格子模型模拟的颗粒浓度值偏大,而在喷泉区内模拟的颗粒浓度由边壁向中心呈逐渐减小趋势,以便证实该模型在液固喷动床中的适用性。


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