噴動(dòng)流化床內(nèi)寬篩分顆粒流動(dòng)特性的研究.pdf

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1、第36卷第2期煤炭轉(zhuǎn)化Vo1．36No．22013年4月C0ALC0NVERS10NApr．2013噴動(dòng)流化床內(nèi)寬篩分顆粒流動(dòng)特性的研究唐楠曲思建王鵬。董衛(wèi)果。楊宗仁摘要建立了噴動(dòng)流化床氣化爐，通過(guò)數(shù)值模擬方法分析了寬篩分顆粒時(shí)噴動(dòng)流化床的流動(dòng)特性．?dāng)?shù)值模擬中采用非穩(wěn)態(tài)歐拉一歐拉多相流模型和雙方程湍流模型，采用用戶自定義函數(shù)(UDF)編程，編寫(xiě)出寬篩分顆粒模型．結(jié)果表明，不同粒徑顆粒在密相區(qū)出現(xiàn)分層，噴動(dòng)流化床內(nèi)的流體動(dòng)力學(xué)受顆粒尺寸分布以及顆粒間能量耗散和傳遞的影響．關(guān)鍵詞噴動(dòng)流化床，歐拉多相流模型，寬篩分顆粒，數(shù)值模擬中圖分類號(hào)TQO51．13，TQ018歐拉一歐拉模型

2、所包含的控制方程如下：0引言1)體積分?jǐn)?shù)方程：rVq—la口dV(1)噴動(dòng)流化床因?yàn)槠錃夤袒旌系膬?yōu)越性，越來(lái)越受到學(xué)者的關(guān)注．關(guān)于噴動(dòng)流化床流動(dòng)特性的數(shù)值式中：V表示q相的體積，a表示相體積分?jǐn)?shù)．模擬L1_8_，采用歐拉一歐拉多相流時(shí)，固體顆粒直徑的體積分?jǐn)?shù)代表了每相所占據(jù)的空間，并且每相取值一般都是常數(shù)，也就是在進(jìn)行模型計(jì)算時(shí)，整個(gè)獨(dú)自地滿足質(zhì)量和動(dòng)量守恒定律．守恒方程的獲得流化床床內(nèi)的顆粒大小是一致的，數(shù)值模擬計(jì)算出可以使得全體平均每一相的局部瞬態(tài)平衡．來(lái)的結(jié)果都是基于單顆粒粒徑的．基于此，本研究對(duì)2)守恒方程：包括質(zhì)量守恒方程(連續(xù)性方程)噴動(dòng)流化床氣固兩相流的流動(dòng)規(guī)

3、律進(jìn)行探討．在實(shí)和動(dòng)量守恒方程．際的工業(yè)化流化床中，顆粒的粒徑分布范圍較大，使質(zhì)量守恒方程：q相的連續(xù)方程為得通過(guò)數(shù)值模擬得出的氣固兩相流運(yùn)動(dòng)的結(jié)果與實(shí)際情況有所偏差．顆粒沿高度呈現(xiàn)不同的粒徑分布，~t(OqP)+·(Oqp一m向(2)床內(nèi)形成顆粒分層流動(dòng)．顆粒分層流動(dòng)將影響床內(nèi)動(dòng)量守恒方程：q相的動(dòng)量平衡方程為氣固兩相流體的動(dòng)力特征、傳熱和化學(xué)反應(yīng)等過(guò)程，甚至?xí)?dǎo)致塌床．這是因?yàn)榱黧w流動(dòng)、化學(xué)反應(yīng)、傳(a)+·(aqp)一一口Vp+熱和傳質(zhì)過(guò)程都與顆粒的粒徑分布有關(guān)，因此，研究不同粒徑固體顆粒的流化特性有重要的工程應(yīng)用價(jià)·+∑(向+瘍加舶)+=1值．目前對(duì)于寬篩分顆粒條件

4、L9u下的氣固混合規(guī)aqp(。+-+，)(3)律研究較少，因此，本研究主要探討數(shù)值模擬寬篩分顆粒條件下噴動(dòng)流化床的氣固混合特性．1．2湍流方程噴動(dòng)流化床內(nèi)的氣固混合流動(dòng)是典型的湍流流1計(jì)算模型動(dòng)．本模擬實(shí)驗(yàn)中，湍流方程采用標(biāo)準(zhǔn)的k-e雙方程模型，該模型計(jì)算量較小，計(jì)算精度也較好．標(biāo)準(zhǔn)的1．1歐拉多相流模型k-s雙方程模型需要求解湍動(dòng)能及其耗散率方程，2歐拉一歐拉方法中，不同的相被處理成互相貫穿個(gè)輸運(yùn)方程如下[g]：的連續(xù)介質(zhì)，由于一種相所占的體積無(wú)法再被其他k方程：相占有，故此引入相體積率的概念．體積率是時(shí)間和空間的連續(xù)函數(shù)，各相的體積率和等于1．~-t(pink)+·(p

5、mVm)一1)碩士生；2)研究員、博士生導(dǎo)師；3)副研究員；4)工程師，煤炭科學(xué)研究總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期唐楠等噴動(dòng)流化床內(nèi)寬篩分顆粒流動(dòng)特性的研究·IUa"kmvk[-FGk，一Pms(4)2模型的網(wǎng)格劃分與計(jì)算工況e方程：2．1網(wǎng)格劃分Ot(Pme)+·(Pm￡)一本實(shí)驗(yàn)的模擬對(duì)象為二維噴動(dòng)流化床，由下部圓·『el+ccG一ce㈣臺(tái)和上部圓柱體組成．底部圓臺(tái)錐角為45。，噴動(dòng)口直徑為20rum，噴動(dòng)流化床直徑為200mm，錐形布風(fēng)板該模型適合完全湍流的流動(dòng)過(guò)程模擬．上式中C：上均勻布置

6、孔徑為3mm的小孔，開(kāi)孔率為7．5，1．44，C2一1．92．?dāng)U大段直徑為350mm，整個(gè)噴動(dòng)流化床的高度為1．3顆粒動(dòng)力學(xué)的相關(guān)方程]1700mm．其幾何結(jié)構(gòu)與網(wǎng)格劃分見(jiàn)圖1和圖2．1)顆粒溫度．第s固體相的顆粒溫度與顆粒隨機(jī)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能成比例．從動(dòng)能理論得到的輸運(yùn)方程采用如下形式：號(hào)[蘭(J0sOD+·(1os口ss@s)]一(一。I+r)：+·()一徊s+l(6)2)徑向分布函數(shù)g0．徑向分布函數(shù)g0表征顆粒尤其是濃相顆粒的碰撞概率，一般采用以下表達(dá)式：廣-一-I一1圖1幾何結(jié)構(gòu)圖2網(wǎng)格劃分g。一Il一()I(7)Fig．1GeometricalmodelFig．2Sc

7、hemeofgirdLEg，maxJ3)體積黏度．固體體積黏度解釋為顆粒壓縮和2．2實(shí)驗(yàn)工況擴(kuò)張的抵抗力，用以下形式來(lái)表示：模擬實(shí)驗(yàn)的顆粒物性見(jiàn)表1，氣體物性見(jiàn)表2，4a。ago,ss(1s)((8)模擬工況見(jiàn)表3．表1聚丙烯顆粒物性1．4邊界條件Table1Polypropylenegranuleproperties邊界一般包括人口、出口及壁面等．針對(duì)本文的研究對(duì)象，邊界條件的設(shè)定包括：1)在中心管處，設(shè)定為速度入口．2)在分布板的小孑L處也設(shè)定為速度人口．3)在出口處設(shè)定為壓力出口．4)在壁面處，顆粒設(shè)為滑移邊