基于双欧拉模型的流化床气固两相流场数值模拟.pdf

《基于双欧拉模型的流化床气固两相流场数值模拟.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、大庆石油学院学报第35卷第3期2011年6月JOURNALOFDAQINGPETROLEUMINSTITUTEVo1．35No．3Jur1．2011基于双欧拉模型的流化床气固两相流场数值模拟朱博，王强，郭慧军，张潇玲，杜明俊。(L辽宁石油化工大学化学与材料科学学院，辽宁抚贩11300l；2．中国石油集团工程设计有限责任公司华北分公司，河北任丘062552)摘要：为解决低流化风速下采用Syamlal-O’Brien曳力模型计算流化床内流化过程误差较大的问题，选择曳力模型预测初始最小流化条件，结合实验数据，修正Syamlal—O’Brien曳力模型，并采用双欧拉

2、模型对均匀床内低速气固两相流场进行数值计算．结果表明：修正Syamlal—O’Brien曳力模型计算结果略小于实验结果，最大相对误差为4．4，但轴向压降变化趋势相同，能够满足工程实际要求，可以描述低速气固两相流动相互作用物理过程．关键词：流化床；两相流；双欧拉模型；数值计算中图分类号：TQ545文献标识码：A文章编号：1000～1891(2011)03—0104—050引言目前，对流化床床层内复杂动力学特性的研究，虽然取得一定的进展，但存在许多问题，如气固相间曳力的选择、颗粒相间作用机制、边界条件处理、湍流模型选取等，研究大多依赖经验技术和半经验理论．随着计

3、算机科学及数值分析的不断发展，逐渐形成气固两相流动数值模拟学科，预报流化床工作的全过程，并为工程流态化装置的优化和放大设计提供一种新的手段．人们对气固流化床内两相流场进行研究口]，并取得一些有意义的成果．AlderBJ等]首次在分子系统相间扩散数值模拟中提出硬球模型．MoonSJ等采用数值方法研究三维振动流化床中黏性颗粒的动力学行为，并发现瞬时振动产生的巨大张力有助于降低黏性颗粒形成的聚团．何成铨L6等研究细粉催化剂在流化床中的密度分布规律，并得出分布图和关系式．GidaspowD_8提出把颗粒作为连续相处理的双流体模型，并且成功预测鼓泡床流体力学行为．杨太

4、阳等_9在双流体模型基础上发展针对气泡的模拟程序，成功模拟鼓泡床中气泡频率、速度、长度特征及颗粒循环状态．对于气固两相流动，相间曳力是表征两相之间相互作用和动量交换的重要参数，决定数值计算总体的准确性．对于低流化风速下，采用Syamlal—O’Brien曳力模型计算床内流化过程误差较大“．结合实验数据，笔者对Syamlal—O’Brien曳力模型进行修正，利用FLUENT软件自带的双欧拉模型对均匀床内低速气固两相流场进行数值计算，为进一步改善和推动气固两相流动数值模拟的发展提供依据．1模型修正实验和数值模拟采用高1．00m，直径为0．15m带分布板的鼓泡床，

5、入口空气流速为0．25m／s．顶部压力为标准大气压，固相区充满粒状固体，体积分数为fff气体入口55，简化的流化床物理模型见图1．利用Gambit进行建模和网格划分．采用结构化矩形网格进行单元划分，并通过床层压降确定模型最适宜的网格数(3O480图1流化床物理模型(单位：m)个)．收稿日期：2010—11—20；审稿人：付海龙；编辑：任志平基金项目：辽宁省创新基金项目(2006T088)作者简介：朱博(1986一)。男，硕士生，主要从事石油化工设备优化方面的研究·104·第3期朱博等：基于双欧拉模型的流化床气固两相流场数值模拟1．1数学模型应用较广泛的气固两

6、相流模型包括欧拉一欧拉拟流体和欧拉一拉格朗日离散相模型，基于计算机资源的限制，大多采用欧拉一欧拉拟流体模型进行数值计算E”．在实际流态化过程中，萨夫曼升力对于大粒径颗粒影响较大，对于粒径远小于粒子间距的鼓泡床，可忽略升力对主相流场的影响“．对于虚拟质量力，当第二相密度远小于主相密度时，虚拟质量影响较大，不能忽略，鼓泡床中第二相颗粒的密度远大于主相气体的密度，因此该项可以忽略]．采用双欧拉模型对低流化风速下气固两相流场进行数值计算，可以忽略升力、虚拟质量力及壁面滑移边界对流态化过程的影响．质量守恒方程为(aqP)+·(a)一∑m‘加，(1)式中：“为第q相的速

7、度；加为从P相到q相的质量传递；。为第q相的体积分数；pq为第q相的密度．动量守恒方程为(a』Dll)+(口10ll“)一一dP+f-I-aPvg-I-R+m。H，(2)o(d10。ll。)+(dlDll。H。)===一a。P+f+a。l0g+R。+m“。，(3)式中：a，a分别为气相和固相的体积分数；U，U。分别为气相和固相的速度矢量；l0，lD。分别为气相和固相的密度；为两相共享压力；f为压力应变张量；R，R。分别为气相和固相间曳力；。，m。分别为气相和固相间质量传递；HU分别为气相和固相间速度；g为重力加速度．1．2修正Syamlal-O’Brien阻

8、力模型最小流化速度是指流化床层开始流化时的气体空床线