第30卷第1期化学反应工程与工艺V ol 30, No 1 2014年2月 Chemical Reaction Engineering and Technology Feb. 2014 文章编号：1001—7631 ( 2014 ) 01—0091—06
循环流化床脱硫反应器气固两相流动模拟
李雨佳1,2，王雪1，朱廷钰1，魏耀东2，宋斗3
(1.中国科学院过程工程研究所湿法冶金与清洁生产技术国家工程实验室，北京 100190；
2.中国石油大学（北京）重质油国家重点实验室，北京 102249；
3.大唐峰峰发电厂，河北 056215)
摘要：为加深对循环流化床脱硫反应器的流动特性的认识，本研究采用双流体模型，耦合非均匀曳力模型和
颗粒动力学理论，使用非均匀的修正的Syamlal O'Brien曳力模型考虑颗粒团聚现象对气固流动的影响，对循
环流化床脱硫反应器中的流体力学特性进行了数值模拟。模拟得到的时均颗粒浓度和压降值与实验数据具有
较好的一致性，验证了模拟方法的可靠性。颗粒速度的时间序列和概率分布函数显示，在反应器壁面附近区
域均存在颗粒的向上、向下运动，在床层内颗粒总体上向上运动，同时还存在微观的内循环运动。模拟结果
为颗粒速度的径向非均一分布提供了合理的解释，较Gidaspow模型有更好的适用性。
关键词：脱硫反应器数值模拟双流体模型气固两相流曳力模型
中图分类号：TQ018 文献标识码：A
循环流化床脱硫反应器内部的气固两相流动状态直接影响着烟气脱硫反应的速率、选择性以及反应产物，因此气固两相流流场的研究一直是备受关注。若通过实验测量脱硫反应器流场中每一点的参数获得完整的流场分布过于复杂，而采用计算流体力学（CFD）模拟方法对各种结构参数条件下进行脱硫器反应器的流场计算，不仅可以节省大量的实验工作，得到全面的流场信息，而且可以对各种结构参数和流动参数进行优化。
许多研究者用标准双流体模型较好的模拟了Geldart B类和D类颗粒气固流态化的流体力学特性，但是采用双流体模型模拟Geldart A类颗粒体系的稠密鼓泡床或者湍流床时，床层膨胀被过高地估算，与实验数据不符[1,2]。其原因是采用双流体模型中的经典Gidaspow，Syamlal O'Brien等曳力模型[3,4]时，未考虑颗粒团聚效应的特征，导致模拟时的气固相间曳力值比实际流化时的曳力值大。基于颗粒团聚效应的考虑，一些研究者开始对双流体模型中涉及到经典曳力模型进行了不同方式的修正，成功模拟了Geldart A类颗粒气固两相流动。Mao等[5]在模拟时引入了系数C1考虑颗粒间的粘附作用，另还采用了尺度因子修正Wen&Yu曳力模型。Van Wachem等[6]通过对单颗粒受力平衡分析并考虑了颗粒间的相互作用力等因素，建立了一个综合的团聚模型来估算流化床内产生的颗粒团聚尺寸，其计算结果表明当颗粒团直径为原始的FCC催化剂颗粒直径的几倍。O'Brien等[7]在原有曳力模型的基础上，提出了修正的Syamlal O'Brien曳力模型。Wang等[8]认为网格尺寸和时间步长太大时忽略了介观尺度对本构方程的影响，提出了使用亚网格尺度对气固两相进行模拟。Yang等[9]在EMMS理论的基础上，提出了一种与结构相关的曳力模型，模拟了提升管中的气固流动特性。Wang[8]将能够模拟出颗粒团聚的曳力模型归纳为六类：经验关联法、尺度因子法、结构法、修正的Syamlal O'Brein曳力关联法、基收稿日期:2013-09-26; 修订日期: 2013-12-30。
作者简介: 李雨佳（1988—），男，硕士研究生；朱廷钰（1971—），男，研究员，通讯联系人。E-mail:tyzhu@https://www.doczj.com/doc/294882348.html,。
基金项目: “十二五”国家863计划主题项目课题（2011AA060802，2012AA062501）。