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第 30 卷第 2 期北京化工大学学报 Vol. 30 , No. 2
2003 年 JOURNAL OF BEIJING UNIVERSITY OF CHEMICAL TECHNOLOGY 2003
2 2 射流悬浮床气固两相流动的数值模拟
2 杨烨王翠苹李定凯吕子安
(清华大学煤的清洁燃烧技术国家重点实验室,北京 100084)
摘要: 从多相流多流体模型、气相湍流 kε模型与颗粒湍流 kp 模型出发,对底部向上射流悬浮床内气固两相流动
进行数值模拟,得到了不同入口气速下各截面的颗粒相速度场、颗粒相脉动速度场的分布,结果与实验定性一致。计
算结果与实验值对比的结果表明,数值模拟对进一步的研究有指导意义。数值结果与实测值间存在的差异则有待于
进行直接三维流动模拟、进一步考察更为合理的边界条件及应用更先进的模型来解决。
关键词: 底部向上射流;气固两相流;多流体模型; kp 模型
中图分类号: O359 ; TK229. 6 + 6
中可舍去时间项。在采用ε模型描述气相湍流特
引言 k
性,并在模型方程中加入固相的影响因素后可以得
在应用循环床进行脱硫的实践中,为了降低系到气相时均控制方程组为
统阻力,将传统的布风板改为大孔射流板,直接将含(1) 气相连续方程
灰的烟气射入反应塔内。由于反应塔内固体颗粒较
(ρv j) = 0 (1)
细,尺寸比较均匀,可使床内的颗粒分布上下比较均 x j
匀,形成悬浮床。入口结构改进后的效果及进一步气相动量方程
优化的方向需要对反应塔内气固两相流动特性进行 p vi vj
(ρvjvi) = - + μe + - f pi
研究后才能确定。目前塔内的气固两相流动特性已 x j x x xj x j x i
经有实验研究的结果[1 ] 可供参考。为了克服实验(2)
研究条件的局限性,更深入地了解条件变化对反应 k 方程
μ
塔内气固两相流动特性的影响,有必要进一步对射ρ e k ρε
( v jk) = σ+ G + S - (3)
流悬浮床内的气固两相流特性进行数值模拟。通过 x j x j k x j
ε
数值模拟正确预报塔内的两相速度与两相速度脉动方程
μe εε
的分布对于进一步了解流动、改善气固两相流场与(ρvεj ) = + [ C1 ( G + S ) -
x x σε x k
两相间的混合情况、进行反应器的优化设计具有更 j j j
C ρε] (4)
重要的意义。本文在简化条件下,采用欧拉坐标系 2
其中ρ为气体密度对于本课题中的研究对象可认
中多流体模型[2 ]对气固流动中颗粒相加以描述,对: ,
于气相与颗粒相的湍流特性则分别采用气相湍流的为气相为不可压流动, 所以ρ为常量; p 为气相压
[3 ] [2 ,4 ] 力; f pi代表了颗粒与气体的相互作用; v i 为气相时
kε模型及颗粒湍流 k p 模型加以描述。在此
基础上对底部向上射流悬浮床内的气固两相流动进均速度 i 方向分量;μ