【摘要】：液固兩相流是多相流中一個重要的研究方向。液固流化床具有良好的混合、傳熱、傳質(zhì)等優(yōu)點。然而由于目前對其理論研究工作較少,加之流化床內(nèi)顆粒流體具有非線性和結(jié)構(gòu)不均勻性等特點,因此亟需對液固流化床內(nèi)兩相流動的本質(zhì)與機理進行深入討論。本文采用數(shù)值模擬方法,基于亞格子尺度雙流體模型加入壁面修正系數(shù)考慮壁面效應,結(jié)合雙流體模型及顆粒動理學,建立液固提升管及液固噴動床的二維流動模型。研究不同工況下顆粒的流動特性,分析顆粒濃度、顆粒軸向速度等分布,從而得到床內(nèi)顆粒流動規(guī)律。數(shù)值模擬液固提升管內(nèi)流動行為,結(jié)果顯示加入壁面修正的亞格子尺度模型網(wǎng)格適應性強,能夠在粗網(wǎng)格計算中準確反映微觀流動行為;在提升管發(fā)展段內(nèi),顆粒分布呈環(huán)-核結(jié)構(gòu),邊壁出現(xiàn)明顯的返混現(xiàn)象,加入壁面修正的亞格子尺度模型和EMMS模型相比,更加接近實驗結(jié)果,意旨對亞格子模型進行了合理的模型驗證。數(shù)值模擬液固噴動床內(nèi)流動行為,得到了噴動床內(nèi)噴射區(qū)、環(huán)隙區(qū)及噴泉區(qū)三大區(qū)域的流動狀態(tài);研究結(jié)果表明隨液相入口速度增大、液相粘度增大,床層膨脹高度逐漸增加,顆粒濃度減小,顆粒及液相軸向速度增大;噴動床倒錐體錐角主要對床內(nèi)環(huán)隙區(qū)產(chǎn)生影響,隨錐角的減小,環(huán)隙區(qū)向噴射區(qū)流動的顆粒逐漸聚集,顆粒濃度減小、顆粒速度下降。模擬中將亞格子尺度模型基于其他曳力模型進行比較,可以明顯捕捉噴動床噴射區(qū)域內(nèi)顆粒濃度低,環(huán)隙區(qū)域內(nèi)顆粒濃度高,固相顆粒在環(huán)隙區(qū)及噴射區(qū)內(nèi)循環(huán)運動等特點。在噴射區(qū)、環(huán)隙區(qū)內(nèi)亞格子模型模擬的顆粒濃度值偏大,而在噴泉區(qū)內(nèi)模擬的顆粒濃度由邊壁向中心呈逐漸減小趨勢,以便證實該模型在液固噴動床中的適用性。
[Abstract]:Liquid-solid two-phase flow is an important research direction in multi-phase flow. Liquid-solid fluidized bed has the advantages of good mixing, heat transfer and mass transfer. However, due to the lack of theoretical research and the nonlinearity and non-uniformity of particle fluid in fluidized bed, the nature and mechanism of two-phase flow in liquid-solid fluidized bed need to be discussed in depth. In this paper, a two-dimensional flow model of liquid-solid riser and liquid-solid spouted bed is established by using numerical simulation method and considering wall effect by adding wall correction coefficient to sub-lattice scale two-fluid model and combining two-fluid model and particle dynamics. The flow characteristics of particles under different working conditions are studied, and the distribution of particle concentration and particle axial velocity are analyzed, and the flow law of particles in the bed is obtained. The numerical simulation results show that the sublattice model with wall modification is adaptive and can accurately reflect the microscopic flow behavior in coarse mesh calculation. In the development section of the riser, the particle distribution is ring-core structure and the side wall appears obvious backmixing phenomenon. Compared with the EMMS model, the modified sub-lattice model is closer to the experimental results. The sublattice model is verified reasonably by intention. The flow behavior in liquid-solid spouted bed is simulated numerically, and the flow states in the spray zone, annulus region and fountain region are obtained. The results show that with the increase of the inlet velocity of the liquid phase, the viscosity of the liquid phase increases, the expansion height of the bed increases gradually, the particle concentration decreases, and the axial velocity of the particle and liquid phase increases. The conical angle of the inverted cone of spouted bed mainly affects the annular gap in the bed. With the decrease of the cone angle, the particles flowing from the annulus to the jet zone gradually gather, the particle concentration decreases and the particle velocity decreases. By comparing sub-lattice model with other drag models, the characteristics of low particle concentration in spouted bed jet region, high particle concentration in annular zone and circulating movement of solid particles in annular and jet zone can be clearly captured. In the jet region, the particle concentration simulated by the sub-lattice model in the annular gap region is larger than that in the fountain region, and the particle concentration in the fountain region is gradually decreasing from the side wall to the center, in order to confirm the applicability of the model in the liquid-solid spouted bed.
【學位授予單位】：東北石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TQ051.13

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本文編號：2405020