湍动流化床内气固两相流动特性的数值模拟.pdf

中国工程热物理学会 多相流 学术会议论文 编号：065044 湍动流化床内气固两相流动特性 的数值模拟 沈志·匣，李巍，何玉荣，陆慧林 (哈尔滨工业大学能源科学与工程学院，哈尔滨150001) 摘要：数值模拟湍动流化床内气固两相流动行为，获得颗粒浓度和颗粒速度分布。计算结果表明，湍 动流化床呈现下部密相区，上部稀相区的颗粒分布特性。沿床径向方向，密相区颗粒浓度在床中心处 低，沿壁面逐渐增高；稀相区颗粒浓度分布较均匀。轴向方向，颗粒浓度呈底部浓度高．顶部浓度低 的“S”型分布。 关键词：湍动流化床；密相区；稀相区；数值模拟 1、前言 湍动流化床反应器因具有良好的气固接触氛围、传热性能和高固含率等优点．在工 业生产中被普遍采用。湍动流态化被认为是位于典型的气固密相流态化和稀相流态化之 间的中间流型。在湍动流化床内，气泡不像鼓泡床中的气泡那样有明显的上升轨迹可循 而是在不断聚并和破碎的过程中以无规律的形式上升。同时，湍动流化床内的气、固接 触加强。气体短路减少。因而湍动流化床一般被认为是较鼓泡床更优的气固流化床反应 器。 然而由于湍流流态化的复杂性，在对湍流流态化的判别上存在着较大的争议。目前， 对湍动流态化的研究主要侧重实验方法。由于研究者实验条件及方法的不同，其结果也 存在着明显的差异，甚至互相矛盾【14】。在数值模拟方面，对密相鼓泡流化床和循环流化 床研究较多，而对湍动流化床研究较少，特别对于整体湍动流化床的研究几乎没有。本 文应用欧拉一欧拉双流体模型．采用颗粒动理学方法数值模型研究气相湍流特性，考虑气 固两相间耦合作用，考虑颗粒间的碰撞和摩擦，数值模拟湍动流化床内颗粒的流动特性。 2、气固两相流动的数学模型 湍动流化床内气固两相流动基本方程应满足质量、动量守恒和能量守衡定律。它 们分别为： 基金项目：自然基金项目No资助 2．1连续性方程 缶{印I+马小ipi叫=o ‘1) 其中，i表示气相或固相，占为f相体积浓度，p为速度矢量，P为f相密度，t为时间。 2．2气相动量守恒方程 其中，g为重力加速度，以为气体压力，∥为气-固相问曳力系数·Tg为气体应力张量。 气体的压力张量ff为： (3) f。=以[VVg+(Vu7卜；州V气)Jr 其中，气体湍流粘性系数按七1模型确定： k2 (4) p12 c—pi 户筹+印‘(v。∞=V(尝，V∞+Gt-胪 (5) (6) p鲁+∥·“；s，=Vc告-Vs，+c，Gt昙一pc。譬 其中，口，为湍流粘性系数；G为由平均速度梯度所引起的湍动能的增量。 G}=∥，S2 (8) 02=1．92、ot=1．0和4F=1．33· 2．3固相动量守恒方程 固相应力张量L为： (9) L=(一只+盏V·屹)，+∥，{【V屹+(V叱)7卜；(V-％)J)