气力输送的数值模拟研究

《气力输送的数值模拟研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第28卷第1期北京化工大学学报Vol.28,No.12001年JOURNALOFBEIJINGUNIVERSITYOFCHEMICALTECHNOLOGY2001气力输送的数值模拟研究谢灼利　张　政(北京化工大学化学工程学院,北京　100029)摘　要:对气相湍动能采用修正的κ2ε二方程模型,颗粒相湍动动能采用颗粒动力学方法,发展建立了气力输送的数学物理模型和计算方法,就垂直管中圆柱坐标系下二维悬浮稀相和密相动压气力输送过程进行了初步数值研究,所得结果(包括管压降、气固速度分布、一定输送量下最佳经济速度等)与文献实验结果吻合,为进一步用该法研究气力输送打下了基础。关键词:气力输送;

2、两相流动;双流体模型;数值模拟中图分类号:O359;TK222分布函数的基础上,得到宏观的颗粒相输运方程、颗引　言粒相压力、粘性系数、扩散系数、导热系数、颗粒温度气力输送是制药、食品、塑料、水泥、化工、采矿、等流体力学特性参数。该模型能较全面地考虑两相陶瓷及金属等工业部门普遍使用的输送物料的方间相互作用、颗粒湍动粘度及颗粒间碰撞作用,目前法。有关气力输送的研究绝大部分是实验研究和简[7]已较广泛地用于上升管充分发展段、循环流化单的理论研究[1～4],而用计算流体力学的方法来研[8][9]床、鼓泡床等流动特性的研究,但用于气力输究气力输送过程的还比较少。送过程的研究却未见报道。气力输

3、送可以分为稀相动压悬浮输送、密相动本文就垂直管中圆柱坐标系下二维悬浮稀相和压悬浮输送和密相静压栓流输送。它属于气固两相密相动压气力输送过程进行了初步的数值研究。流范畴,目前对气体2颗粒两相流的数值模拟包括Lagrange方法和Euler方法。由于受计算机速度和1　控制方程容量的限制,Lagrange方法多是针对较少的大颗粒气相连续性方程在短管中的输送,离实际应用研究还有一定的距离,5(φgρgugj)/5xj=0(1)[5]需要进一步发展和改进。Euler方法把颗粒作为颗粒连续性方程拟流体,两相同在Euler坐标系下处理,即所谓的双5(φpρ€pupj)/5xj=0(2)流体模型,

4、可用于研究稀相和密相动压输送。气相动量方程双流体模型经历了无滑移模型,小滑移双流体5(φgρgugjugi)55ugi5ugj模型和完整的有滑移2扩散的双流体模型(以κ2ε2Ap5xj=5xjμe5xj+5xi+和κ2ε2κp模型为代表)以及近年来发展起来的颗粒5p[6]φgρggi-φg+βi(upi-ugj)(3)动力学双流体模型等各阶段。稀相和密相动压5xi气力输送过程中,气体和颗粒速度均较大,管内湍动其中:μe=μ+μt,气体剪切粘度μ为已知,μt=2非常激烈。κ2ε2Ap和κ2ε2κp模型能对气固湍动两相cμφgρgκ/ε。的流体力学特性进行定性预测,但定量预测还有差颗粒

5、相动量方程距。以颗粒动力学理论为基础而建立的双流体模型5(φpρ€pupiupj55upj5upi=μp+-ppδij+在借鉴稠密气体分子运动论和假定固体颗粒的速度5xj5xj5xj5xi5pφpρ€pgi-φp-βi(upi-ugi)(4)收稿日期:20002062155xi基金项目:中国石化总公司资助项目(X599015)其中:μp为颗粒相湍动粘度,其值按Ding和Gi2第一作者:女,1969年生,博士生[10]aspow推导而得第1期　　　　　　　　　　　　　　　谢灼利等:气力输送的数值模拟研究·23·25ρ€pdpπΘ4244dp(ˆup-ˆug)μp=1+(1+e)g0φ

6、p+Ggp=βφρ-2κ(10)48(1+e)g055πp€pΘ22Θ4dp(ˆup-ˆug)φpρ€pdpg0(1+e);pp=φpρ€pΘ(1+2g0φp(1+Gpg=βφρ-3Θ(11)ππp€pΘ[11]e));g0是颗粒径向分布函数(radialdistribution224Θγ=3(1-e)φpρ€pg0(12)function),表示颗粒所占体积对颗粒间碰撞概率的dpπ影响,若碰撞接近弹性碰撞,忽略碰撞的各向不均匀25ρ€pdpπΘ62ΓΘ=1+(1+e)g0φp+性,径向分布函数只依赖于固体体积分数,其值为64(1+e)g051/3-1Θg0=016[1-(φp/φ

7、p,max)],φp,max=0165;Θ=2φ2ρ(1+e)(13)p€pdpg0π1u′pu′p;δij为克罗内克符号(Kroneckerdelta),δij=气体与颗粒相之间的作用力很复杂,但多数情3况下,除曳力(也称为阻力)外的其它各力都不很重1i=j要,尤其在气固相对速度较大的情况下。在本文考0i≠j虑的气固湍流流动下,可以只考虑曳力。气固曳力在原有标准单相流体κ2ε的基础上,考虑到两系数β为相速度湍动能间相互影响,在气体湍动动能和湍动3

8、ˆup-ˆug

9、d