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基于Fluent軟件的流化床的氣固兩相流模型研究

來源:0 2017/3/10 21:35:04

摘要:

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基于Fluent軟件的流化床的氣固兩相流模型研究

氣固流化床是能源、化工、冶金、石油等行業的重要設備。與傳統的反應器及燃燒設備相比較,它具有設備大型化、過程易于控制、傳熱傳質效率較高、床內溫度分布較均勻等優點。由于其廣闊的應用前景使它自誕生的幾十年來倍受人們的關注,但床體內氣固兩相存在強烈的非線性、復雜性作用使人們對床層內的流動規律尚不十分清楚,從而導致了流化床設備的設計與放大方面存在很多困難。

以載有Geldart B類顆粒的二維鼓泡流化床為研究對象,利用Fluent商業計算流體力學軟件包,以雙流體模型為基礎對床層流場進行數值模擬。主要研究了Fluent軟件兩相流模型的應用和計算區域的網格劃分方法,采用有限容積法離散控制方程,研究了時間步長、松弛因子以及求解器的選擇效果;分析了雙流體模型控制方程的建立、封閉模型方法、壁面邊界條件、氣固曳力模型和顆粒相粘度模型等對模型應用的影響,并且自編基于不同理論基礎的兩個曳力模型模塊接入Fluent軟件。

通過對氣固兩相無滑移、氣相無滑移顆粒相有滑移、氣相有滑移顆粒相無滑移、氣固兩相有滑移四種壁面邊界條件的模擬分析,氣相無滑移,顆粒相有滑移的壁面邊界條件能夠更好地模擬鼓泡床的床層流動特性;在以雙歐拉模型進行氣固多相流動計算時,顆粒間作用的影響要比氣固間作用的影響小得多,氣固相間曳力主導床層流體力學特性。

通過對k-ε、RNG k-ε、Realizable k-ε三種湍流模型的模擬,標準k-ε湍流模型與RNG k-ε湍流模型比Realizable k-ε模型更加適用于鼓泡床中的湍流過程。標準k-ε湍流模型的精確度要高于RNG k-ε湍流模型;通過對Gidaspow曳力模型、Koch-Hill曳力模型、Di-Felice曳力模型的模擬,三種曳力模型都可以成功地模擬單噴嘴鼓泡床中氣泡的形成過程,但在氣泡上升過程中Di-Felice曳力模型所模擬的情況與實際情況差距較大;通過改變送風速度定性地證明了鼓泡流化床中氣體表面張力的存在。

Fluent軟件能夠進行外部程序接入并能較好地設計或優化鼓泡流化床設備。考慮顆粒相對壁面邊界的滑移,忽略顆粒相粘度模型對床層的影響,利用標準k-ε湍流模型、GidaspowKoch-Hill曳力模型的計算結果與流態化原理及文獻結果吻合性較好,雙流體模型能夠設計及優化鼓泡流化床設備。


者:李東耀

學科專業:動力工程及工程熱物理

授予學位:碩士

學位授予單位:重慶大學

導師姓名:鄭忠

學位年度:2009

研究方向:

種:chi

分類號:TK229.66 O359

關鍵詞:鼓泡流化床床層流場床層流體力學氣固兩相流模型  Fluent軟件

機標分類號:

機標關鍵詞:軟件鼓泡流化床氣固曳力模型湍流模型顆粒相壁面邊界條件雙流體模型滑移流化床設備模擬氣固兩相床層鼓泡床流體力學特性計算粘度模型設計氣相控制方程標準

基金項目:




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