基于多孔介质理论的振动流化床流化质量的研究

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流态化作为一种重要的气固相间物理操作技术已被广泛应用于能源、化工、冶金等领域。流化床是典型的流态化多相流操作技术,但目前以实验手段研究流化床内的流动特性、化学反应在模型放大、设备优化、结果预测等方面仍显不足,而以流体力学为基础的CFD技术在解决这些问题时可以较轻易的采集到更全面和更深层次的信息,节省实验费用,缩短研究周期。振动流化床是在普通流化床的基础上加入振动场,很多文献中报道振动场的引入可以改善床层流态化,提高气固接触效率,强化传热传质过程,但床内的流动状态也将变的更加复杂,使研究变的更加困难。本文结合文献中的实验数据,研究三种不同开孔率的分布板(a=6%,α=9%,α=12%)对振动流化床流化质量的影响。利用计算流体力学软件Fluent6.3中的欧拉-欧拉双流体模型,并采用目前已被证实可靠的曳力模型、湍流模型等进行了数值模拟,模拟过程中使用自定义函数定义振动流化床的振动模型,同时利用多孔介质模型对分布板进行简化。研究结果表明,多孔介质模型可以成功代替分布板,并可利用仿真实验法确定影响多孔介质压降特性的两个重要参数:粘性损失系数和惯性损失系数。在分布板开孔率对流化质量影响的研究中发现:分布板的引入能够促进床内初始气泡的生长和上升,降低床层压降及压降RMS值,强化低床层的气固接触,提高该床层物料流化的均匀性,进而改善颗粒流化质量;分布板开孔率对床层压降、物料的床层分布影响较小,但随着开孔率的减小床层压降波动变小,流化均匀性变好;当开孔率小于9%之后,分布板压降对低床层流化效果的改善将不再持续下去。综合权衡各参数之后,确定褐煤干燥过程中较适宜的床层压降比为0.17。在研究多因素对流化质量的影响时,发现表观气速和振动强度较分布板开孔率对流化质量的影响要显著,即通过对表观气速、振动强度参数的调整更易实现床层稳定的流态化;同时,在一定约束范围内,根据实验结果所建立的流化质量的无因次关联式对振动流化床的设计和实际工程应用具有指导意义。
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