喷动流化床内宽筛分颗粒流动特性的研究.pdf

《喷动流化床内宽筛分颗粒流动特性的研究.pdf》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36卷第2期煤炭转化Vo1．36No．22013年4月C0ALC0NVERS10NApr．2013喷动流化床内宽筛分颗粒流动特性的研究唐楠曲思建王鹏。董卫果。杨宗仁摘要建立了喷动流化床气化炉，通过数值模拟方法分析了宽筛分颗粒时喷动流化床的流动特性．数值模拟中采用非稳态欧拉一欧拉多相流模型和双方程湍流模型，采用用户自定义函数(UDF)编程，编写出宽筛分颗粒模型．结果表明，不同粒径颗粒在密相区出现分层，喷动流化床内的流体动力学受颗粒尺寸分布以及颗粒间能量耗散和传递的影响．关键词喷动流化床，欧拉多相流模型，宽筛分颗粒，数值模拟中图分类号TQO51．13，TQ018欧拉一欧拉模型

2、所包含的控制方程如下：0引言1)体积分数方程：rVq—la口dV(1)喷动流化床因为其气固混合的优越性，越来越受到学者的关注．关于喷动流化床流动特性的数值式中：V表示q相的体积，a表示相体积分数．模拟L1_8_，采用欧拉一欧拉多相流时，固体颗粒直径的体积分数代表了每相所占据的空间，并且每相取值一般都是常数，也就是在进行模型计算时，整个独自地满足质量和动量守恒定律．守恒方程的获得流化床床内的颗粒大小是一致的，数值模拟计算出可以使得全体平均每一相的局部瞬态平衡．来的结果都是基于单颗粒粒径的．基于此，本研究对2)守恒方程：包括质量守恒方程(连续性方程)喷动流化床气固两相流的流动规

3、律进行探讨．在实和动量守恒方程．际的工业化流化床中，颗粒的粒径分布范围较大，使质量守恒方程：q相的连续方程为得通过数值模拟得出的气固两相流运动的结果与实际情况有所偏差．颗粒沿高度呈现不同的粒径分布，~t(OqP)+·(Oqp一m向(2)床内形成颗粒分层流动．颗粒分层流动将影响床内动量守恒方程：q相的动量平衡方程为气固两相流体的动力特征、传热和化学反应等过程，甚至会导致塌床．这是因为流体流动、化学反应、传(a)+·(aqp)一一口Vp+热和传质过程都与颗粒的粒径分布有关，因此，研究不同粒径固体颗粒的流化特性有重要的工程应用价·+∑(向+疡加舶)+=1值．目前对于宽筛分颗粒条件

4、L9u下的气固混合规aqp(。+-+，)(3)律研究较少，因此，本研究主要探讨数值模拟宽筛分颗粒条件下喷动流化床的气固混合特性．1．2湍流方程喷动流化床内的气固混合流动是典型的湍流流1计算模型动．本模拟实验中，湍流方程采用标准的k-e双方程模型，该模型计算量较小，计算精度也较好．标准的1．1欧拉多相流模型k-s双方程模型需要求解湍动能及其耗散率方程，2欧拉一欧拉方法中，不同的相被处理成互相贯穿个输运方程如下[g]：的连续介质，由于一种相所占的体积无法再被其他k方程：相占有，故此引入相体积率的概念．体积率是时间和空间的连续函数，各相的体积率和等于1．~-t(pink)+·(p

5、mVm)一1)硕士生；2)研究员、博士生导师；3)副研究员；4)工程师，煤炭科学研究总院北京煤化工研究分院，100013北京收稿日期：2012-09—27；修回日期：2012—11—27第2期唐楠等喷动流化床内宽筛分颗粒流动特性的研究·IUa"kmvk[-FGk，一Pms(4)2模型的网格划分与计算工况e方程：2．1网格划分Ot(Pme)+·(Pm￡)一本实验的模拟对象为二维喷动流化床，由下部圆·『el+ccG一ce㈣台和上部圆柱体组成．底部圆台锥角为45。，喷动口直径为20rum，喷动流化床直径为200mm，锥形布风板该模型适合完全湍流的流动过程模拟．上式中C：上均匀布置

6、孔径为3mm的小孔，开孔率为7．5，1．44，C2一1．92．扩大段直径为350mm，整个喷动流化床的高度为1．3颗粒动力学的相关方程]1700mm．其几何结构与网格划分见图1和图2．1)颗粒温度．第s固体相的颗粒温度与颗粒随机运动的动能成比例．从动能理论得到的输运方程采用如下形式：号[兰(J0sOD+·(1os口ss@s)]一(一。I+r)：+·()一徊s+l(6)2)径向分布函数g0．径向分布函数g0表征颗粒尤其是浓相颗粒的碰撞概率，一般采用以下表达式：广-一-I一1图1几何结构图2网格划分g。一Il一()I(7)Fig．1GeometricalmodelFig．2Sc

7、hemeofgirdLEg，maxJ3)体积黏度．固体体积黏度解释为颗粒压缩和2．2实验工况扩张的抵抗力，用以下形式来表示：模拟实验的颗粒物性见表1，气体物性见表2，4a。ago,ss(1s)((8)模拟工况见表3．表1聚丙烯颗粒物性1．4边界条件Table1Polypropylenegranuleproperties边界一般包括人口、出口及壁面等．针对本文的研究对象，边界条件的设定包括：1)在中心管处，设定为速度入口．2)在分布板的小孑L处也设定为速度人口．3)在出口处设定为压力出口．4)在壁面处，颗粒设为滑移边