選擇恰當(dāng)?shù)南嚅g作用力模型是液固流態(tài)化動態(tài)特性CFD建模的關(guān)鍵。首先采用Richardson-Zaki關(guān)聯(lián)式驗證了穩(wěn)態(tài)操作條件下整體固含率的實驗結(jié)果,然后在基于顆粒動理學(xué)理論的歐拉-歐拉雙流體模型中比較了Wen-Yu、Gidaspow、Syamlal-O’Brien、Dallavalle和TGS 5個曳力計算公式對液固流化床收縮和膨脹特性的數(shù)值模擬結(jié)果,進(jìn)而探討了Moraga等提出的升力模型影響行為及主要相間作用力影響機(jī)制。與實驗測量數(shù)據(jù)比較結(jié)果表明:收縮過程中Syamlal-O’Brien和TGS曳力模型對響應(yīng)時間預(yù)測較為準(zhǔn)確,TGS曳力模型對整體固含率的預(yù)測精度較高;膨脹過程中TGS曳力模型對響應(yīng)時間和整體固含率的預(yù)測優(yōu)于其他模型。整體而言,基于靜止顆粒群繞流直接模擬得到的TGS曳力模型忽略了顆粒-顆粒相互作用,與液固散式體系中顆粒動力學(xué)特性相符合。升力模型對動態(tài)特性模擬結(jié)果影響較小,CFD模擬時根據(jù)選擇體系可予以適當(dāng)忽略。 

【文章來源】：化工學(xué)報. 2020,71(11)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：11 頁

【部分圖文】：

液固流態(tài)化實驗裝置

圖2給出了床層達(dá)到穩(wěn)定流化狀態(tài)時實驗測量與Richardson-Zaki公式預(yù)測的對比結(jié)果�？傮w而言，兩者較為吻合，最大相對誤差小于10%，平均相對誤差在5%以內(nèi)，該結(jié)果略優(yōu)于文獻(xiàn)[21-22]。但在液體操作速度較低時，兩者偏差相對較大，其中操作速度為0.015、0.022、0.029 m·s-1時對應(yīng)的相對偏差分別為9.0%、7.1%和6.9%，其主要原因是液速較低時床層膨脹相對較淺，導(dǎo)致分布器影響較大，在后續(xù)實驗中將予以注意。2 數(shù)學(xué)模型

圖4展示了case 1中液固流化床收縮過程的實驗和數(shù)值模擬動態(tài)結(jié)果。初始時刻床層高度為530 mm，由圖4(a)的實驗結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，收縮過程中床層表面存在一定波動，歷經(jīng)約8.5 s后床層降至400 mm的穩(wěn)定高度處；圖4(b)以TGS曳力模型計算結(jié)果為例給出了床層顆粒濃度的時間分布，模擬的床層表面十分平整，收縮過程時長約8.0 s且床層高度最終降至395 mm。當(dāng)操作速度從u0突然降至u1后，處于穩(wěn)定流化狀態(tài)的顆粒加速下落，顆粒所受阻力增大導(dǎo)致其加速度減小，極短暫加速運(yùn)動后顆粒開始勻速下落。懸浮液中顆粒以相同速度同時下落，因此顆粒濃度與床層收縮前保持一致。上述分析適用于流化床內(nèi)大部分區(qū)域，但是床層底部顆粒無法向下運(yùn)動，上方顆粒持續(xù)落入該區(qū)域后受較高顆粒濃度影響而所受阻力增大，導(dǎo)致速度降至為零。此時床層底部形成了顆粒濃度為εs,1的“濃相”區(qū)，上部則存在著顆粒濃度為εs,0的“稀相”區(qū)，濃-稀相間的過渡區(qū)域稱為“分隔界面”，稀相區(qū)持續(xù)下落并縮小，濃相區(qū)則不斷向上擴(kuò)張，如圖4所示。當(dāng)上升的分隔界面與下降的床層表面相遇、合并后，收縮過程結(jié)束，此時整個床層達(dá)到對應(yīng)于操作速度u1、顆粒濃度為εs,1的平衡狀態(tài)。


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