气固流化床内湿颗粒流动特性DEM模拟及实验研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wenxiaoyan0411
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流化床由于其良好的床内等温特性而在工业中得到十分广泛的应用。为了分析流化床内颗粒的流动特性并更好的指导工业生产和反应器设计,国内外研究者针对流化床内颗粒流动特性进行了大量的研究。但目前的研究多集中于干颗粒系统,而在实际生产过程中不可避免有液体存在,导致颗粒的流动特性与干颗粒有着很大的不同。因此,本文以湿颗粒系统为研究对象,应用离散单元模型对单喷口喷动床、双喷口喷动流化床及提升管内湿颗粒流动特性进行数值模拟研究,同时应用粒子图像追踪技术对颗粒流动特性进行测量。基于离散单元软球模型,通过在颗粒合外力项添加液桥力模型,考虑颗粒含湿率对气固流动特性的影响,建立含湿颗粒离散单元软球模型。在气相运动方程中加入动态大涡模型,充分考虑气相湍流运动对颗粒流动特性的影响。同时,选取合适的颗粒与壁面之间的参数描述颗粒在壁面处的运动行为。基于PIV测量技术搭建了单喷口喷动床实验台,对湿颗粒流态化特性进行实验研究,并应用建立的湿颗粒流动离散软球模型对相应实验工况下的湿颗粒流动特性进行数值模拟,验证数学模型的正确性,获得单喷口喷动床内湿颗粒流动特性。研究结果表明,与干颗粒系统相比,颗粒的流态化行为明显减弱,随着相对液体量的增加,颗粒系统中形成更为明显的气体通道;床层上部,形成明显的颗粒聚团,并粘附在喷动床内表面。应用建立的湿颗粒流动离散软球模型,对双喷口喷动流化床内湿颗粒流动行为进行了数值模拟研究,分析不同相对液体量对颗粒流动特性的影响,并对比了喷口数量对颗粒流动特性的影响。研究发现,由于喷口数量的增加,颗粒的循环流率降低,但床内颗粒的混合更加充分,碰撞频率增大,说明喷口数量的增多可为颗粒系统提供充足的传热和传质空间。应用建立的湿颗粒流动离散软球模型,对提升管内的湿颗粒流动行为进行了数值模拟研究,与参考文献中的实验数据对比,验证模型的合理性,并获得提升管内湿颗粒的流动行为。结果表明,湿颗粒在提升管底部和墙壁两侧形成明显的颗粒聚团,颗粒分布呈现两侧高中间低,并以聚团形式集中分布在提升管入口,沿轴向分布不均匀。随着相对液体量的增加,颗粒的脉动行为逐渐变得剧烈,说明了干颗粒和湿颗粒的流态化行为存在着较大差异。
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