模型参数对气固流化床CFD模拟结果的影响

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欧拉-欧拉模型既是当今气固两相计算流体力学发展的主流,也是近年来研究和应用价值最多的一种模型。经过半个多世纪的不断努力,研究者们对动量方程中的受力分析却存在不同的观点,其核心问题为固相黏性的处理方法和相间作用力的选择。为此,本文在商业化软件CFX4.4平台上,通过增加用户自定义子程序,以Geldart B类颗粒为研究对象,详细考察了两相流动量方程中的黏性力项和相间作用力项对气固流化床内时空流体力学特性的影响。  首先,分别在常黏度和颗粒动理学模型中,考察了固相黏度值和颗粒弹性恢复系数对固相体积分数、气泡当量直径以及射流穿透深度等流动特性的影响。通过将模拟结果与文献报道的结果进行对比发现,当固相黏度值为0.1~1.0Pa·s时以及恢复系数为0.90和0.95时,模拟结果之间的差别不大。随后,采用常黏度模型(固相黏度1.0Pa·s)、动理学模型(颗粒弹性恢复系为0.95)及无黏度模型(Brandani and Zhang模型)进一步考察了固相黏性的处理方法对上述流动参数的影响。结果表明,由上述三类模型模拟所得的结果较一致,并且均与Patil等(2005)的模拟及实验值相接近;进而,在忽略固相黏度、模型简单、可调参数少的Brandani and Zhang模型中详细考察了相间作用对模拟结果的影响,结果显示,与Patil等(2005)模拟及实验值相比较,Dallavalle、Syamlal和OBrien以及Arastoopour曳力公式均能够较好的预测流化床内的流动特性。  综上所述,在模型简单、可调参数少的Brandani和Zhang模型中代入不考虑分区影响的Dallavalle曳力公式可以预报气固流化床内的流动特性,从而为大规模反应器的模拟提供依据。
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