基于格子Boltzmann方法颗粒团聚物曳力系数的数值模拟及应用研究.pdf

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1、石油化工·544·PETR0CHEMICALTECHN0L0GY2012年第4l卷第5期基于格子Boltzmann方法颗粒团聚物曳力系数的数值模拟及应用研究沈志恒，马宏文，陆慧林，宋廷钰，李铮(1．海洋石油_T程股份有限公司设计公司，天津300451；2．中海油能源发展股份有限公司油田建设渤海工程分公司，天津300451；3．哈尔滨工业大学能源科学与工程学院，黑龙江哈尔滨150001)[摘要]应用气固两相流动的格子Boltzmann一离散颗粒运动模型，气体流动采用格子Boltzmann方法的D2Q9模型，固体颗粒运动采用牛顿第二运动定律

2、计算，壁面采用具有二阶计算精度的半步长反弹边界条件，数值模拟了循环流化床提升管内颗粒团聚物的运动过程。模拟结果表明，颗粒团聚物的气固相问曳力系数随颗粒团聚物的空隙率和雷诺数的增大而减小；拟合得到基于格子Boltzmann方法的气固相间曳力模型；采用基于格子Boltzmann方法的气固相问曳力模型的欧拉一欧拉双流体模型模拟循环流化床提升管内颗粒相密度和颗粒质量流量径向分布，模拟结果与实验结果很接近。[关键词]提升管；格子Boltzmann方法；曳力系数；颗粒团聚物；数值模拟[文章编号]1000—8144(2012)05—0544—07[中

3、图分类号]TQ015．9[文献标识码]ANumericalSimulationandApplicationofDragCoeficientofParticleClustersinaRiserBasedonLattice—BoltzmannMethodShenZhiheng，MaHongwen，LuHuilin，SongTingyu，LiZheng(1．EngineeringDivision，OfshoreOilEngineeringCo．Ltd．，Tianjin300451，China；2．BohaiEngineeringDivisio

4、nOilfieldConstructionEngineeringCompany．CNOOCEnergyTechnology&Services，Tianjin30045l，China；3．SchoolofEnergyScienceandEngineering，HarbinInstituteofTechnology，HarbinHeilongjiang150001，China)[Abstract]Theflowprocessofparticleclustersinacirculatingfluidizedbedriserwasnumeric

5、allysimulatedbyusinggas—solidtwo—phaseflowLatticeBoltzmann—Discreteparticlemodel，inwhichD2Q9mode1．Newton’Ssecondlawandhalf-wayreboundboundaryconditionwithsecond—ordercalculationaccuracywereadoptedtocalculategasflow，solidflowtrackandwallsurface，respectively．Theresultsindi

6、catedthatthedragcoeficientoftheparticleclustersreduceswiththeincreaseoftheirReynoldsnumberandporosity．TheparticledensityandparticlemassflowrateradialdistributionintheriserweresimulatedbyEuler-Eulertwo-fuidmodelbasedonthedragforcemodelofLatticeBoltzmannmethod，theresultsco

7、incidedwiththeexperimentalresults．[Keywords]riser；LatticeBoltzmannmethod；dragcoeficient；particlecluster；numericalsimulation循环流化床被广泛应用于石油化工领域。在针对现有的单颗粒的气固相间曳力模型，同时引入循环流化床提升管内稠密气固两相流中，气体与固颗粒体积分数进行修正。但这些方法并没有考体颗粒之间存在着相对运动，使得气体与颗粒之问虑稠密气固两相流动中的颗粒非均匀结构产生的影产生相互作用力。其中，气固相间曳力是颗粒所

8、受响，实际上也是一种系统平均化的气固相间曳力计到的所有力中最为重要的力。许多学者在研究气固算模型。相间曳力时主要针对单颗粒的受力情况进行分析，[收稿日期]2012—02—20；[修改稿日期]2012—02—