稠密气固两相流中单颗粒所受气动力的数值模拟.pdfVIP

中国工程热物理学会 多耜藏学术会议 稠密气固两相流中单颡粒所受气动力的数值模拟 由长福，祁海魔。徐旭常 t 清华大学煤的清洁燃烧技术田家重点实验室．1000蚪，北京 船本文采用数值模拟的方法计算了囊密气固两相流中单个颗粒所受到的气 动力．通过与实验数据的比较分析了数值计算的准碡性。对于空闻掏岛孽捧列的 多鞭粒分布形式计算了其中单十■粒所受到莳气动力麓融空骧宰(—粒浓度) 的变化规律． 共I朗易气周两相漉，气动力，数值模拟 1、前言 l；【往对于颗粒所受到的气动力的研究主要集中于孤立球形颗粒的受力上．对于孤立球 形纛粒的气动力秉赣麓着Re眦规律已经有确定的实验结果．并且长期以来在对曩粒受 力分析中该规律一直被广泛采用．对于一个稀硪的气圃两揠漉系统，如煤粉炉内的藏体滚动． 由于曩粒密度较小，颗粒间距较大，所以曩粒的尾迹对于其周瞳的颗粒产生的影响比较小， 在颗粒的受力分析中可以忽略慝迹的影响．但是．对于一个囊密的气同两相藏系统．侧妇鬟 环流化床内的气固两相流动等，赣粒的密度非常大，某些区域内颗粒间距很小．那么慝粒思 迹对于其它聩粒的髟响就不能忽略了．文献【1．2，3，4】采用实验测量的方法潮定了纛粒尾 迹对其它颗粒的气动力的影响。由于实验方法的局隈性，稚张报更多的糖粒存在条件下单 个黩粒韵受力情况，只能模拟一些倚单的少数颗粒捧列对颗粒所受到的气动力．文献【5】在 进行多蠢体模型计算循环i眦床内的稠密气固两档流动时，通过E瑁峨方程嘲以及文献r乃 的实验培莱肇正了其中气动力的计算关系．目前对于多纛柱系统内颗粒所受到的气动力分析 大多采用通过测量气固两相流动实验段进出口压力从而反推出颗粒的气动力．而相应的理论 分析工作由于流动的复杂性而难以实现． 眠系人t由长福，电话t叭OE玎俯l：yow喀她证蛐吼。dII．蜘 嗣采重点基础研究专璜经费蟹助 147 本文采用数值模拟的方法计算了多颗粒布置畦藏经单个颗粒的流体流动班及作用于 鬣粒t的气动力，并考寨了囊粒空隙事对气动力的影响，为模粗囊密气同两相流动提供理论 基础。 2、数位摸拟 对于流体绕过小球体的运动．一些学者从实验?理论等方面进行了大量的研究．发现： 在小b敦下，流体可以对称而均匀地藏过球体，井没有尾都回流；当Re数增加时。尾涌 出现：当Re敦继续增大时，出现尾涡脱落现象，而且整个流动呈现非对嚣性；随着鼬数 的进一步增大．颗粒尾部出现卡门锅街．由于该流动的复杂性，所以长期以来一直采用实验 测量方法来■定纛粒的受力，而理论研究和数值模拟方面的文献非常少见． 本文在对藏体绕疆粒漉动的计算中．R启敷取为l∞以内．该区域内颗粒尾涡基本处于 稳定的状态．有经多实际气嗣两相流动过程中囊较藏动处于谖研究范圈内，例如煤粉炉内、 循环巍忆床内等．本文计算中，飘粒尺寸为100I‘m左右，气体参数取为空气参数，远处来 漉速度取为5m，s左右，流体瀛动视为层漉流动． 为检验计算结果的准确性，本文首先在R。藏小于100范围内计算了单个孤立颗粒所受 到的流体气动力．对于多颗粒布置情况下单个囊粒的受力计算，比较符合实际的计算过程应 该为考察空同麓机分布厩粒的情况，然后采用统计平均的方法进行处理得到单颗粒豹受力平 均结果．但悬．这样的颗粒布置递过致使计算来实现颗粒受力分析是难以实现的．所以。本 文采用了囊牧均匀分布的情况来考察颗粒的受力．计算区域如图l所示．在均匀藏粒分布的 空闻内逢毫—个■粒进{予研究．同时考廖到瀛动的对称性，所以计算区域为图1中右上角所 示．进口与出口取属期性边界条件．通过调薹囊粒问的距离实现对颗粒空隙率的改变-计算 域尺寸相应■嚣耍改变． 奉计算中．采用流体力学计算软件H^n卦rr5计算流经颗粒的流体流动情况．计算区 壤采用非正交罔格进行高教．为提高计算撇．采用具有三阶糟度的QuIcK差分格式进行 控镛方程的离教．程序收敛判据为所有控崩方程朐残差绝对值和小于lO“． FLuD盯程序可以直接得到任意方向上的嗣体表面受力，也就是说，对流动方向上压力 与粘性力的积分可得到气动力的数值．本文中采用的气动力系数的定义式为