雙組分鼓泡流化床內(nèi)氣固兩相流動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬.pdf

1、鼓泡流化床在能源、食品、化工等諸多領(lǐng)域都有著重要的應(yīng)用，其中流化床內(nèi)的氣固兩相流動(dòng)特性一直是研究的重點(diǎn)。許多學(xué)者對(duì)入口表觀氣速、顆粒種類、形狀和直徑等因素進(jìn)行了研究。在實(shí)際應(yīng)用中，鼓泡流化床內(nèi)的顆粒常常是多組分的，因此對(duì)鼓泡流化床內(nèi)不同顆粒的混合特性的研究非常必要。本文選擇相同密度不同粒徑的兩種顆粒，進(jìn)行了不同配比的雙組分顆粒在鼓泡流化床內(nèi)氣固兩相流動(dòng)特性的實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬研究。
　　本文基于粒子圖像測(cè)速技術(shù)（Particle Im

2、age Velocimetry，PIV）搭建實(shí)驗(yàn)臺(tái)，選用兩種不同粒徑的透明球形玻璃珠作為顆粒進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)量顆粒的實(shí)時(shí)速度，分析流態(tài)化規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明入口表觀氣速越大，氣泡尺寸越大，雙組分顆粒運(yùn)動(dòng)越劇烈，氣固兩相混合更加充分。顆粒配比不同時(shí)，小顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)雙組分顆粒平均速度在不同床層高度上有不同的影響。對(duì)比粒徑1.6mm/2mm和粒徑1mm/2mm的兩組雙組分顆粒的實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，前者的床層膨脹大，氣泡尺寸大，后者產(chǎn)生的氣泡更為規(guī)則，鼓

3、泡現(xiàn)象更為明顯。
　　數(shù)值模擬計(jì)算基于歐拉-歐拉雙流體模型，采用顆粒動(dòng)理學(xué)理論封閉顆粒相方程組，采用曳力模型描述氣固兩相間的相互作用。本文考察了入口表觀氣速、雙組分顆粒配比、顆粒粒徑、曳力模型和恢復(fù)系數(shù)等因素對(duì)顆粒行為的影響，分別研究了包括速度、顆粒溫度、相對(duì)濃度和瞬時(shí)空隙率在內(nèi)的參數(shù)分布情況，深入研究其內(nèi)在機(jī)理。
　　數(shù)值模擬結(jié)果表明，鼓泡流化床內(nèi)的顆粒運(yùn)動(dòng)情況與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好。雙組分顆粒在床中部向上運(yùn)動(dòng)，在床兩側(cè)向下運(yùn)

4、動(dòng)，呈現(xiàn)環(huán)核狀流動(dòng)。曳力模型選擇Huilin-Gidaspow模型，彈性恢復(fù)系數(shù)選取0.95時(shí)模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好。雙組分顆粒中大顆粒的相對(duì)濃度隨著床層高度的升高而降低，小顆粒的相對(duì)濃度隨床層高度的升高而增加，雙組分顆粒出現(xiàn)分層現(xiàn)象。隨著入口表觀氣速的增加，雙組分顆粒的平均軸向速度增大，顆粒運(yùn)動(dòng)更加劇烈，床層膨脹增大。雙組分顆粒的平均顆粒溫度在不同床高處規(guī)律不同。在床層底部，小顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大時(shí)的平均顆粒溫度最大，在床層頂部則相反