液固流化床內(nèi)床層塌落動(dòng)態(tài)過(guò)程的數(shù)值模擬
作者/來(lái)源： 日期： 2008-09-19 點(diǎn)擊率：1562
引 言
液固流化床具有溫度分布均勻、傳遞性能好和反應(yīng)效果佳等諸多優(yōu)勢(shì)，已被廣泛地應(yīng)用于化工、冶金和水處理等工業(yè)領(lǐng)域。由于流化床內(nèi)顆粒流體系統(tǒng)非線性、結(jié)構(gòu)不均勻性和流域多態(tài)性，至今還沒有比較系統(tǒng)的理論，更缺乏反應(yīng)器放大與設(shè)計(jì)的普遍方法，由此導(dǎo)致液固流態(tài)化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)放大仍然依賴于傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)方法，所以系統(tǒng)地研究該床內(nèi)流動(dòng)特性具有極其重要的理論指導(dǎo)意義和實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值。在眾多的研究方法中，流態(tài)化質(zhì)量的評(píng)價(jià)被認(rèn)為是放大和設(shè)計(jì)多相流反應(yīng)器的一個(gè)重要指標(biāo)。其中，床層塌落技術(shù)以其簡(jiǎn)便易行的特點(diǎn)被普遍應(yīng)用。迄今為止，絕大多數(shù)的研究是在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，提出經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)或半經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。
近年來(lái)，隨著多相流計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)的發(fā)展，采用數(shù)值模擬方法分析流化床內(nèi)床層塌落特性已得到學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。為此，本模擬采用Foscolo和Gibilaro的顆粒床模型，在商業(yè)化軟件平臺(tái)上，詳細(xì)模擬了液固流化床的床層動(dòng)態(tài)塌落過(guò)程，旨在為實(shí)際過(guò)程開發(fā)提供相關(guān)理論參考。
1 床層塌落過(guò)程的理論分析
液相含率為ε1的液固流化床達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)對(duì)應(yīng)于一個(gè)特定的液體速度U1，此時(shí)固體顆粒均勻穩(wěn)定地分散在床內(nèi)，對(duì)于單一固體顆粒來(lái)說(shuō)，它所受浮力和曳力之和等于自身的質(zhì)量。當(dāng)液體速度突然減小到U2時(shí)，床內(nèi)局部固體顆粒所受曳力減小，開始加速下降，這種加速行為導(dǎo)致顆粒受到的阻力增大，并最終達(dá)到新的平衡，液相含率為占ε2。由于加速過(guò)程持續(xù)時(shí)間很短，因而床層內(nèi)部呈現(xiàn)分層現(xiàn)象，上部區(qū)域液相含率ε1保持不變，而下部區(qū)域液相含率增大到ε2，兩區(qū)域間的過(guò)渡部分非常小，可近似為一個(gè)面，本文稱為“分隔界面”。該界面隨著時(shí)間的推移逐漸上升，最終達(dá)到床層頂部，整個(gè)床層達(dá)到新的平衡，床內(nèi)液相含率ε2。圖1為塌落過(guò)程中的床層動(dòng)態(tài)圖，圖2為床層表面和分隔界面的動(dòng)態(tài)描述。
在圖1中，總床高LB和分隔界面高L1都是時(shí)間的函數(shù)。塌落過(guò)程中，流體流速在下部....
