韦俊尤-气固两相流模拟拟研究_(0527最终版).doc

第章 送粉器模型的建立与参数的选择 沸腾式送粉器的基本结构如图所示，通过沸腾进气使粉末在的作用下通过小孔进入输送管中，将粉末加速并送到送粉喷嘴。 图2-1 沸腾式送粉器结构原理图 Gambit软件进行三维建模划分网格，如图所示，针对不同的区域分块画上结构与非结构网格，并在重要区域进行网格加密，网格质量控制在0.7以内，网格数 图2-2 送粉器数值模拟网格模型 。在压力出口。 2.2.1 曳力系数的计算 根据文献资料，对多数流速低的工况Syamlal-O’Brien，Gidaspow和Wen-yu等均出现曳力过大等现象 根据本文研究的实际情况，需要输送的粉末粒径(90μm)属于A类颗粒粒径范围μm~100μm），用于粉末沸腾的气流流速为0.02m/s左右，镍基合金粉末密度远大于气体密度等特点，Mckeen曳力模型和Zimmerman提出针对Syamlal- O’Brien模型的修正所应用的工况与本文相似 考虑到Syamlal-O’Brien曳力模型适用的最小流动速度为0.25m/s，超出了本文模拟的情况。因此Zimmermann[49]提出的修正模型，修正。对临界流化速度的A类流化催化裂化颗粒进行仿真，其结果也得到了实验的验证。 经过推到后得到P和Q的计算如下： 其中 (2-3) (2-4) 根据实验的粉末颗粒参数及气流的速度等，经计算采用P和Q分别为0.254和9.72对Syamlal-O’Brien模型进行修正 由于流态化过程中颗粒相的团聚导致曳力减小，因而Mckeen[51]提出在Gibilaro模型的基础上引入了一个常数修正因子C，C介于0.15到1之间，是对雷诺数的连续性函数。且Mckeen对A类颗粒的仿真结果与实验相符。 (2-5) 图2-3 Mckeen等给出的参数C与等效颗粒直径的关系 其中，C为0.15到1之间的常数，u代表速度，α为空隙率，粉体颗粒直径下标和g分别代表粉末相和气相。颗粒直径与常数C的对应关系如图，参数C可参考图进行设置并逐步调整。结合Mckeen的研究结果和本实验所用激光熔覆合金粉末的特点，C为0.。以确定适用于类送粉器模拟的合适数值模型。 2.2.2 其他参数的计算与设定 由于输送实验用的粉末是-140目的镍基合金粉末，其对应的直径范围是-109μm，粒径范围并不大，，，其中d1，d2分别为筛孔尺寸的最大和最小值。带入计算可等效颗粒直径为90μm。 入口边界条件的设定在进行，只调整沸腾回路的气流量，而沸腾进气口和沸腾进气口之间的流量分配则通过实验进行测定，其结果如图所示，两个入口的气流有很好的线性关系，。从而在数值模拟中可分别对上下气流入口进行流量设定。 对于流化床的临界流化速度的计算方法，目前已提出了很多种公式，但很多情况下只能作为参考，它们往往都有较大的误差。因此，本文选用较常用的临界流化速度计算方法来估算送粉器内粉末的临界流化速度，雷诺数与临界流化速度的计算公式如下[52]： (2-6) 其中Ar为阿基米德数，计算公式如下： (2-7) 该方法可适用于雷诺数从0.001到4000的层流、过渡流和湍流。本文流化气体为空气，密度为1.225kg/m3，粘度μ为1.8e-5kg/(m· s)。粉末相颗粒直径为90μm，密度为8830 kg/m3，将这些参数带入公式2-6，可得沸腾式送粉器的粉末临界流化速度为0.023m/s。针对本文的送粉气体流量，送粉器内部气流速度达到或者大于临界流化速度，粉末达到流化状态。另外，临界流化速度还可以作为后续分析送粉效果的参考。 该送粉器的粉末随着气流送出而不断减少，且送粉器内粉末的分布也时刻在改变，因此本文的模拟属于非定常流。这大大的加重了该送粉器模拟的计算量。对于流体介质为气体，流速远低于音速时，将不考虑气体的可压缩性，将用不可压缩流模型进行计算。且对于气固两相流，虽然拉格朗日模型能更好的跟踪每个颗粒的流动状况，但由于其需要的计算量大，以目前的计算机水平，能跟踪的颗粒数量约为106，这难以模拟颗粒数量较大的粉末流动过程（如流化床）[54]。结合多相流的理论，本文选择欧拉-欧拉双流体模型进行仿真。并对比Fluent软件提供的三类双流体模型的仿真方法，利用Eulerian模型将的到更加准确的结果。根据实验所用粉末及其颗粒流体力学理论，对用于封闭Eulerian模型控制方程的颗粒相及气相参数选择如表2-1所示。 表2-1 主要参数的设置 参数值 参数 参数值 粉末密度(kg/m3) 8830 时间步长(s) 0.0003 粉末颗粒直