颗粒黏度模型对采用欧拉多相流模型模拟超密相颗粒流动行为的影响

发布时间：2021-11-12 00:10

　　颗粒黏度是欧拉多相流模型计算固体流动的重要参数之一,其数值大小依赖于摩擦压力和径向分布函数。通过与实验值对比,评估了常用的摩擦压力模型（Based、Johnson）和径向分布函数模型（Lun、Syamlal O’Brien）对密相颗粒流动体系的预测能力。模拟结果表明,Johnson模型的固体体积分数预测值低于Based模型;Syamlal O’Brien模型固体流率的预测值远大于Lun模型。采用根据实验结果修正的欧根系数后,BasedLun、Johnson-Lun和Johnson-SO模型组合预测的平均压降相对误差分别由68.6%、73.3%和78.2%降低至13.2%、29.7%和42.3%。综合考虑压降、固体出口质量流率、固体体积分数、壁面区域固体速度的模拟结果与实验值的偏差,发现Based-Lun模型组合的平均预测误差最小,适用于气固移动床的欧拉多相流模拟。研究还发现,欧根系数与内摩擦角对固体速度与压降有着显著的影响,而临界固含率对固体速度与压降的影响较小。 

【文章来源】：化工学报. 2020,71(11)北大核心EICSCD

【文章页数】：12 页

【部分图文】：

气固移动床冷模实验装置

本工作以三维矩形气固移动床为研究对象，计算主体的几何尺寸为100 mm×40 mm×870 mm。反应器的结构主要分为进料段、锥形床层主体、虚拟计算域三个部分。气体采用速度入口边界，真实床层出口设为内部边界不添加额外约束条件。将计算域整体向下延伸100 mm，即CFD模型的实际边界不紧邻出口，而是在出口下方[20,23]。实验中由于颗粒料仓的存在，移动床稳定流动时，各相进出平衡，床层料位高度不变，利用UDF（用户自定义函数）使得颗粒进口流率等于出口流率来近似实现料仓的功能。干燥陶瓷球颗粒黏聚力很弱，内摩擦角≈休止角，通过休止角测量得到其内摩擦角近似值22°，通过称重法测得颗粒流动过程中床层固含率约为0.56。此外在模拟过程中，需要选择合适的计算时间，在保证计算结果准确性的同时减小计算量。根据实验测得的固体质量流率推算出颗粒从进口流到出口至少需要30 s的流动时间。因此，先在气体流量1.0 m3·h-1、E1=150、E2=1.75的条件下，采用Johnson-Lun模型组合计算至40 s，固体质量流率和床层单位高度压降的计算值随时间的变化如图4所示。由图4可知，模型计算值在10 s前便已经稳定。进一步，在气体流量1.0 m3·h-1、E1=457.12、E2=1.41条件下，采用Based-Lun模型组合计算至110 s，固体质量流率和床层单位高度压降随时间的变化如图5所示。由图5可知，模型计算值也在10 s前便已经稳定。因此模拟过程中设置颗粒内摩擦角θ=22°，初始填充固含率εs,initial=0.56，壁面边界条件为无滑移壁面，计算流动时间10 s。气固移动床连续性模型其他参数设置见表2。图3 单组分颗粒下不同径向分布函数随固含率的变化（εs,max=0.64)

单组分颗粒下不同径向分布函数随固含率的变化（εs,max=0.64)

【参考文献】：
硕士论文
[1]密集颗粒物料流动特性数值模拟研究[D]. 田恬.中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所) 2017



本文编号：3489815