基于粗糙颗粒动理学流化床内颗粒与幂律流体两相流动特性的数值模拟研究

发布时间：2021-03-07 08:48

　　在颗粒动理学理论（KTGF）的基础上,通过引入表征粗糙颗粒摩擦和切向非弹性的切向弹性恢复系数β,以及综合反映颗粒平动和旋转运动脉动强度的颗粒拟总温e₀,结合输运理论建立了考虑颗粒旋转作用的颗粒相质量、动量和颗粒拟总温守恒方程。并在求解了同时具有平动和旋转运动的能量耗散和颗粒相应力等参数的前提下提出了颗粒相压力、剪切黏度和能量耗散等本构关系式以及边界条件,最终得出了粗糙颗粒动理学理论（KTRS）。通过改变液相的流变特性,分析了幂律流变模型中流动指数n和稠度系数K_l对流化床内流固两相流动特性的影响,模拟结果表明:随着流动指数和稠度系数的增大,液相湍动能耗散率逐渐增大,而颗粒相压力逐渐减小,颗粒旋转先增大后减小。 

【文章来源】：化工学报. 2020,71(04)北大核心

【文章页数】：12 页

【部分图文】：

床层动态高度随液体速度的分布

图2为分别采用KTRS模型与KTGF模型得到的液体黏度的瞬时分布。计算得到的两种模型下的液体黏度具有相同的趋势。即初始时刻，床层中的液体黏度急剧下降，大约3 s后，则在一定数值附近上下波动。将两种模型下的液体黏度进一步对比，可以看出KTRS模型得到的液体黏度略大。这是由于此时液体的流动指数n<1，液体表现出剪切稀释的特点，即剪切速率越大，液体黏度越小。由于KTRS模型考虑了颗粒的旋转，增大了颗粒相间的动量以及能量的传递和耗散，颗粒在流化床内不易被液体所携带，液体的剪切速率减小，致使液体的黏度增大。2.2 Ehsani等实验

图3为采用两种模型模拟得到的床层内液体体积分数与Ehsani等实验测量值的比较。从图中可以看出，采用KTRS模型得到的床层内液体体积分数要小于采用KTGF模型得到的床层内液体体积分数，且KTRS模型计算得到的床层内液体体积分数与实验值更为接近，经计算在稳定状态下，采用KTRS模型得到的时均床层内液体体积分数为0.659，而采用KTGF模型得到的时均床层内液体体积分数为0.688，实验测量值为0.660。模拟结果进一步验证了KTRS模型考虑了颗粒的旋转作用，旋转造成了较大的能量耗散，因而颗粒的运动能力减弱。从以上的模拟结果与实测值的比较可以看出，所提出的模型既能够较好地预测流化床内牛顿流体-颗粒两相流动，又能够很好地预测流化床内幂律流体-颗粒两相流动。

【参考文献】：
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本文编号：3068759