考虑颗粒旋转的颗粒动理学模拟提升管气固两相流动特性

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旋风分离器气固两相流数值模拟及性能分析共3篇

旋风分离器气固两相流数值模拟及性能分析共3篇旋风分离器气固两相流数值模拟及性能分析1旋风分离器气固两相流数值模拟及性能分析旋风分离器是一种广泛应用于化工、环保、电力等领域的气固分离设备，其利用离心力将气固两相流中的颗粒物分离出来，一般被用作除尘和粉尘回收设备。

本文将介绍旋风分离器的气固两相流数值模拟及性能分析。

气固两相流是指气体与固体颗粒混合物流动的状态。

旋风分离器中的气固两相流在进入设备后，经过导流装置后便会进入旋风筒，此时气固两相流呈螺旋上升流动状态，颗粒物受到离心力的作用被抛向旋风筒壁，而气体则从旋风筒顶部中心脱离，从出口排放。

因此，旋风分离器气固两相流的流体物理特性显得尤为重要。

本文采用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）方法对旋风分离器气固两相流进行数值模拟。

对于气体流动部分，采用了二维轴对称的控制方程式，包括连续性方程、动量方程和能量方程，而对于颗粒物流动部分，采用了颗粒物轨迹模型（Particle Tracking Model，PTM）。

在数值模拟过程中，采用了FLUENT软件进行求解，其中的数值算法采用双重电子数法（Electron Electrostatic Force Field，E3F2）。

数值模拟结果显示，在旋风分离器中，气体的流速主要集中在筒壁附近，而在离筒中心较远的地方，则流速较慢，颗粒物则以螺旋线的方式向旋风筒壁移动，并沿着筒壁向下运动。

颗粒物在旋风筒中受到离心力的作用后，其分布状态将随着离心力的变化而变化，最终沉积在筒壁处。

数值模拟结果还表明，旋风分离器的分离效率随着旋风筒直径的增加而增加。

为了验证数值模拟结果的可信度，实验室制作了一个小型旋风分离器进行了实验研究。

实验结果表明，数值模拟与实验结果相比较为一致，通过数值模拟可以较好地描述旋风分离器中气固两相流动的情况并用于性能预测。

综合来看，数值模拟是一种较为有效的旋风分离器气固两相流性能分析方法，可以较好地预测旋风分离器的分离效率和颗粒物的分布状态，为旋风分离器的设计和优化提供了有力支持综上所述，本文利用数值模拟方法和实验研究相结合的方式，对旋风分离器的气固两相流动性能进行了分析。

大气表面层气-固颗粒两相流的大涡模拟

大气表面层气-固颗粒两相流的大涡模拟大气表面层气-固颗粒两相流的大涡模拟引言：随着科技的不断发展，气-固两相流模拟已经成为研究气候变化、空气质量等大气问题的一种重要方法。

在大气表面层，气-固两相流的运动现象非常复杂，需要借助先进的数值模拟方法来研究。

本文将介绍大涡模拟这一常用的方法，并探讨其在大气表面层气-固颗粒两相流研究中的应用。

一、气-固颗粒两相流的特点大气表面层气-固颗粒两相流是一个复杂的多相流现象，涉及气体与固体颗粒之间的相互作用。

在大气表面层，气体一方面受到地面的辐射、热对流等作用，另一方面还要承受固体颗粒的碰撞、输送等作用。

而固体颗粒则在气流的冲击下发生分散、聚集等运动。

二、大涡模拟方法大涡模拟是一种求解大涡模型的数值模拟方法，适用于研究粗粒度涡动结构。

它以较大尺度上的涡旋为研究对象，通过模拟其演化过程来探究流体的物理行为。

与传统的雷诺平均纳维-斯托克斯方程相比，大涡模拟能够更好地模拟湍流流场的结构和特性。

三、大涡模拟在气-固颗粒两相流中的应用在大气表面层气-固颗粒两相流研究中，大涡模拟方法得到了广泛的应用。

首先，大涡模拟能够有效地模拟气流中的湍流结构，从而研究气-固颗粒在气流中的运动和输运行为。

其次，大涡模拟还可以用于研究气-固颗粒之间的相互作用，包括颗粒的沉降、聚集、碰撞等过程。

最后，大涡模拟还可以模拟大气表面层中的气-固颗粒的输运过程，对于研究颗粒的输送距离、浓度分布等具有重要意义。

四、案例研究以研究大气表面层的颗粒污染物扩散为例，利用大涡模拟方法可以模拟大气湍流结构中的颗粒运动情况。

首先，通过模拟湍流气流的运动，得到湍流结构的分布和变化规律。

然后，在此基础上引入颗粒模型，模拟颗粒在湍流气流中的输运行为。

通过对模拟结果的分析，可以得到颗粒的浓度分布、输送距离以及颗粒与气流之间的相互作用等重要信息。

结论：大涡模拟方法在大气表面层气-固颗粒两相流研究中具有广阔的应用前景。

它能够很好地模拟气流中湍流结构的演化过程，并揭示气-固颗粒之间复杂的相互作用。

新型气固环流反应器内颗粒流动的CFD模拟

Res > 1000
Re s
≤ 1000
(4)
Re s
=
ε
g
ρg
d p
v g
μg
−
v s
(5)
2 参数设置及模型验证
2.1 模拟条件模拟装置如图 1 所示。反应器总高 3.5 m、筒
体尺寸为φ300 mm×7 mm，导流筒尺寸为φ219 mm×2 mm，高 1 m，在导流筒上对称开有 4 个矩形槽孔。实验采用空气作为气相，平均粒径为 79 μm, 颗粒密度为 1498 kg·m−3 的 FCC 催化剂作为固相。环隙区表观气速为 0.05 m·s−1（以环隙横截面积为基准），导流筒区表观气速为 0.3、0.4 m·s−1 (以导流筒横截面积为基准 ) 。颗粒循环流量为 100 kg·m−2·s−1(以底端出料口截面为基准)。
中图分类号：TQ 052.5
文献标志码：A
文章编号：0438—1157（2016）08—3234—10
CFD simulation of particle flow in new type of gas-solid air loop reactor
MENG Zhenliang1,2, LIU Mengxi1, LI Fei2, WANG Wei2, LU Chunxi1
第 67 卷第 8 期 2016 年 8 月
化工学报 CIESC Journal
Vol.67 No.8
Aug·us3t223041·6
DOI：10.11949/j.issn.0438-1157.20160388
新型气固环流反应器内颗粒流动的 CFD 模拟
孟振亮 1,2，刘梦溪 1，李飞 2，王维 2，卢春喜 1

文丘里管内气固两相流离散相仿真模型优化

ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆＤＰＭｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｇａｓ‐ｓｏｌｉｄｔｗｏ‐ｐｈａｓｅｆｌｏｗｉｎｖｅｎｔｕｒｉｔｕｂｅ
ＬＩＨｏｎｇ‐ｗｅｎ，ＺＨＡＮＧＴａｏ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３０００７２，Ｃｈｉｎａ）
０引言
域，气固两相流有着非常广泛的应用，其中稀相气固两相流的管道流动中，流量测量非常常见，如燃
在以能源动力及化工为代表的许多工业领煤电站煤粉输送管道的在线测量、锅炉系统中含
收稿日期：２０１３‐０４‐２６；修回日期：２０１３‐１１‐０７基金项目：国家自然科学基金资助项目（６０９７４１１８）；国家高技术研究发展计划资助项目（２００７ＡＡ０４Ｚ１８０）作者简介：李红文（１９７０－），男，黑龙江大庆人，天津大学博士生；
它与流动的不稳定性有关，其大小与颗粒的运动
经历有直接关系，其计算公式为：
ＦＢａｓ＝
３２
ｄ２ｐ
（π
ρμ
１
）２
×
∫ｔ０
ｄｕｄτ
－
ｄｕｐｄτ
（ｔ
－
τ）－
１２
ｄτ
（７）
１畅３通用ＤＰＭ中仿真计算模型的算法
模型中假定离散相很稀疏，其体积分数小于
１０％，这样可以忽略颗粒之间的相互作用。模型
采用Ｇａｍｂｉｔ对文丘里管模型进行网格划分时，在喉部适当加密，既保证网格质量，又不至于使网格数目过多。

喷管型气体分布器和颗粒物性对提升管内气固两相流动行为的联合影响

２ＤｅａｔｎｆｅｃｎｉｅｒｇＵｎｖｒｉｆｓｒｔｒｏＬｎｏ，ａａａＮ６５９．ｐｒｍｅｔｍｉａＥｇｎｅｉ，ｉｅｓｏｔｎＯｎａｉ，ｏｄｎＣｎｄＡＢ）ｏＣｈｌｎｙｔＷｅｅ
ＡｂｔａｔＴｈｎｕｎｅｏｏｚｅｇｓｄｓｉｕｏｅｉｎｏｈｘａｄｒｄａｆｗｔｃｅｆｒＣＣａｄｓｒｃ：ｅｉｆｅｃｆｎｚｌａｉｒｔｒｄｓｎｔｅａｉａａｉｏｓｒｔｏｌｔｂｇｌｎｌｌｕｕｒＦｎ
ｏｓＳｌｏＢｅａｉｒＢｓｒｎＧａ．ｏｉＦｌｗｈｖｏｓｉＣＦＲｉｅｓｄｎ
ＱＸａ－ｏ，ＨＮＧＷｅｘｎ１ＺＵＪｇｘＨＹｈｆＩｉｂＵＡｏｉｉＨｉ－ｕ，ＳＩａ－－ｇｎｕ（．ｃｏｌｆｈｍｉｌｎｉｅｉｇＳｃｕｎＵｉｒｔ，ｈｎｄ１０５Ｃｉ；１ＳｈｏｏＣｅｃｇｎｒ，ｉａｎｅｓｙＣｅｇｕ６０６，ｈｎａＥｅｎｈｖｉａ
ｓｐｒｔｌｙｍｅｓｒｎｉｒｓｕｅｇａｉｎｒｆｅ，ｉｄｒｄａｐｏｌｓｏｌｓｏｄｐＲｅｕｔｓｏｅａａｅｙｂａｕｉｇａａｐｅｓｒｒｄｅｔｏｌｓａａａａｉｒｆｅｆｏｉｌｕ．ｓｌｈｗｘｌｐｉｘｌｎｌｉｓｄｈｓｈｔｏｚｅｇｄｓｉｕｏｓａｄｆｒｎｃｓｎｔｘａａａｉｏｓｕｔｒｏＣＣａｔａｅｎｚｌａｉｔｂｔｒｅｉｎｈｉｅｅｔｆｅｔｏｅａｉｄｒｄａｆｗｔｃｕｅｆｒｅＦｄｈｔｓｒｄｇｓｅｈｌｎｌｌｒｈｔｎ

外场作用下流化床中气固两相流动数值模拟

外场作用下流化床中气固两相流动数值模拟气固两相流化床已广泛应用于能源、化工、制药、石油等领域。

为了改善流化床的流化质量,通常采用对颗粒表面进行改性或者加入外能量场的方法,消除流化过程中出现的气固混合不均匀、扬析、沟流、颗粒损失等现象。

目前常用的外能量场有振动场、磁场、声场、电场等。

随着计算机性能的提高,离散元方法(DEM)在稠密气固两相流动数值模拟中得到广泛应用。

研究结果较好地复现了实际颗粒流化过程,预测了颗粒流动机理。

本文将对振动场、磁场和声场作为外加能量场的流化床内气固两相流动特性进行数值模拟,从宏观运动和受力分析角度研究外场对气固流动的影响。

采用Euler-Lagrange方法模拟气体和颗粒流动,颗粒碰撞采用软球模型。

同时考虑外场对颗粒受力的影响,建立不同外场作用下颗粒运动模型。

采用FORTRAN语言,自行编写计算程序。

为减小数值模拟运算量,在颗粒搜索方式上采用了定区域升序搜索,以提高运算速度。

通过上述模拟方法对外场作用下的流动现象进行复现,讨论了不同参数对气固流化特性的影响。

对于振动辅助气固流化床,考虑床体振动引起布风板所在的计算网格中心位置变化对空隙率和气体压力计算的影响,建立了振动辅助气固流化床的Euler-DEM计算模型,数值模拟研究床体竖直振动(整床振动)流化床中气体-颗粒流动过程。

研究振动幅值和振动频率对颗粒速度、浓度分布等的影响,分析振动能量从布风板传入气固两相流体的传播机理。

数值模拟发现,布风板振动导致布风板表面形成周期的低颗粒浓度区,振动空隙的出现促使床层内大气泡生成。

沿床高形成了受振动空隙影响的近布风板低颗粒浓度区域、床层中部高浓度区域和床层表面的过渡区域。

随着振动幅值和振动频率增加,平均颗粒浓度、颗粒速度、曳力径向分布都趋于均匀。

随布风板振动床层气体压力和气体压降均呈现周期振荡,由快速傅立叶变换(FFT)得到的气体压力波传播速度随振动频率增加而增大。

布风板产生的振动能量主要通过:(1)在布风板加速运动周期中布风板与颗粒之间的非弹性碰撞作用;(2)布风板减速运动周期中由气体压力波传递给床内气体-颗粒两相流体。

气固两相流动

向心力（向内之阻力）
F阻

6Rvr
(
6
d
3
k
)
g 2R 2 k
vr
2020/2/19
6
依离心力向心力
v2 r

g 2R 2 k
vr
又依斯托克斯区公式：
vt

1 18
(

k

f
)
gd

2

4k 18
gR 2

2R 2 k g 2g

g 2Rk

g vt
则有
第七章气固两相流动
7.1 单个颗粒在流体中的运动
1. 单个球体颗粒绕流摩阻：
依球体绕流的阻力损失（Re<1）：
F阻
F 6Rv 3dv 斯托克斯方程
F浮
d 球直径
流体与颗粒的相对运动速度
依阻力定义式：F 2 A 2 d2
F重
2
24
代入有 : 2 d2 3d
4 3

R3(s

k
)g

k
2
2 t

R2

8 3
Rg

2 t

8 9.80 0.088 3 1.52
1.022
2020/2/19
10
2020/2/19
11
由图为第二段过渡区：

18.5 Re0.6
以摩阻系数公式可导得：
Re

(18.5)
1 0.6

95.74

熔渣的运动粘度为

粗糙颗粒动理学及流化床内气固流动的数值模拟

关键词：颗粒旋转；粗糙颗粒动理学；气固两相流；流化床
ＤＯＩ１．９９ｊｉｓ．４８１１０．０５
中图分类号：Ｔ２Ｋ２９
文献标志码：Ａ
ｔｅｒｆａｅａｄｈｏｙｏｇｓｓｎｋｉｔｃｈｏｙｆｒｎｕｌｒｌｎｅｉｔｅｒｏｇａａｆｏｗｗｉｈｈｅｏｉｅａｉｏｅｒｔａｐｔｎｔｔｃｎｓｄｒｔｏｎｆｎｅｇｙｒｎｓｏｒａｄｄｓｉａｉｎｂｙｃｌｉｉｎｆｐａｔｃｅ．ｉｓｐｔｏｏｌｓｏｏｒｉｌｓＴｈｅｍｏｌｏｏｉｄｅｓｆｒｓｌｄｓｐｈａｅｓｒｓ，ｔｒａｌｎｄｃｌｓｏｌｅｅｇｓｔｅｓｈｅｍｌｆｕｘａｏｌｉｉｎａｎｒｙｄｓｉａｉｎｓｏａｔｃｅｅｅｐｅｅｅｉｇＣｈａｍａｓｏｅｏｉｙｄｓｒｂｕｔｏ．ｏｈｖｏｆｉｓｐｔｏｆｐｒｉｌｓｗｒｒｓｎｔｄｂｙｕｓｎｐｎＥｎｋｇｖｌｃｔｉｔｉｉｎｓＦｌｗｂｅａｉｒｏｇｓａｄｐａｔｃｅａｉｕａｅａ — ｏｉｓｔｏｐｈｓｌｗｏｄｌｉｂｂｌｌｄｉｅｄ．ｅｃｅａｎｒｉｌｓｗｓｓｍｌｔｄｂｙｇｓｓｌｄｗ — ａｅｆｏｍｅｎａｂｕｉｎｇｆｕｉｚｄｂｅＰｒｄｉｔｄｖｌｉｙｉｔｉｔｏａｆｕｃｕａｉｖｌｃｔｏｐａｔｃｅｗｅｅｎｇｅｍｅｗｉｈｅｅｉｅａｄｔｅｏｃｔｄｓｒｂｕｉｎｎｄｌｔｔｎｇｅｏｉｙｆｒｉｌｓｒｉａｒｅｎｔｔｘｐｒｍｎｔｌａａｍｅｓｒｄｂｙｕｕｅａｕｅＹｔａｌ（２０００）ｉｂｕｎａｂｂｌｎｆｕｄｉｅｂｅＴｈｄｓｒｂｕｔｏｎｉｇｌｉｚｄｄ．ｅｉｔｉｉｏｆｇｒｎａｔｍｐｅａｕｅ，ａｕｌｒｅｒｔｒｃｎｎｇｗｉｈｃｃｎｔａｉｅｄｅｏｂｉｉｒｗｉｈｔｒｄｃｉｎｂｙｋｉｔｃｔｅｒａｕｌｒｆｏｗ．Ｔｈｅｈａｇｉｔｏｎｅｒｔｏｎｔｎｄｔｅｓｍｌｔｈｅｐｅｉｔｏｎｅｉｈｏｙｏｆｇｒｎａｌａｅｆｃｆｔｎｇｎｔａｅｔｔｔｏｎｃｆｉｉｎｔｏｌｔａｉｇｅｒｆｐｒｉｌｓｗａｎａｙｅ．Ｓｍｕａｅｅｕｔｆｅｔｏａｅｉｌｒｓｉｕｉｏｅｆｃｅｎｆｕｃｕｔｎｎｅｇｙｏａｔｃｅｓａｌｚｄｉｌｔｄｒｓｌｓｓｗｅｈａｔａｌｗｃｎｃｎｔａｉｎｏｆａｔｃｅｔｅｆｕｃｕｔｎｋｎｅｉｅｒｙｏａｔｃｅｎｃｅｓｄｗｉｈｈｏｄｔｔａｏｏｅｒｔｏｐｒｉｌｓｈｌｔａｉｇｉｔｃｎｅｇｆｐｒｉｌｓｉｒａｅｔｉｒａｉａｅｔａｅｔｔｉｏｆｉｉｎｔｎｃｅｓｎｇｔｎｇｎｉｌｒｓｉｕｔｏｎｃｅｆｃｅ．Ｋｅｒｓ：ｐｒｉｌｏｔｔｏｙｗｏｄａｔｃｅｒａｉｎ；ｋｉｔｃｔｅｒｆｒｕｇｐｒｓ；ｇａ — ｏｉｗｏｐｈｓｌｗ；ｆｕｄｚｄｂｅｎｅｉｈｏｙｏｏｈｓｈｅｅｓｓｌｄｓｔ — ａｅｆｏｌｉｉｅｄ

分叉流道中气固两相流动的实验研究和数值模拟

分叉流道中气固两相流动的实验研究和数值模拟随着工业的发展以及对环境保护的日益重视,对工业粉尘分离装置的要求越来越高。

工业粉尘不但危害人类的健康,而且会破坏工业设备,危害设备的安全运行,造成设备零部件的频繁更换,给国家财力带来了巨大的损失。

考虑到惯性分离设备无运动部件、流动阻力小,本文建立了分叉管道结构形式的惯性分离装置,研究其内部气固两相流动规律。

分叉管道中气固两相流动,由于壁面带有曲率,流动速度大,完全依靠固体颗粒惯性形成气固分离,故流动较为复杂,导致流场实验测量和数值模拟的困难。

论文采用高速摄影,结合数字图像处理技术跟踪固体颗粒的运动轨迹,通过标定轨迹图像中颗粒位置,实现了图像法对颗粒运动速度的研究。

通过工况对比,发现较大颗粒对空气的跟随性不好,且其分离效果受到很多因素影响,包括颗粒进入管道的位置、速度大小和方向(速度角)、以及颗粒的球形度。

在所有的工况下,颗粒速度角较小时分离效果较好;同密度下的块状颗粒分离效果总体上较球形颗粒好;随着进口空气流速增加,颗粒分离的效果也更好。

这些都是由于颗粒在收缩管道内主流方向上惯性力分量的增大,使颗粒有足够的惯性力被甩入清除流道中。

在分析单个球形颗粒受力以及颗粒同壁面碰撞模型的基础上,运用数值计算软件对分叉管内部气固两相流场进行了计算。

采用k-ε紊流模型和固相的离散相模型研究分叉管道内的气固分离现象,分析了分叉管道内连续相流场随进口速度和清除流量系数的变化规律,得到随着清除流量系数的增大,压力损失系数出现急剧下降,而中心流道的压力损失降低的幅度较小。

这是因为随着清除流量系数的增大,虽然清除流道中流速的增加,但回流的区域出现减小,流动的阻力减小,损失减少。

这些都说明了清除流道和中心流道压力损失的主要因素不同:清除流道中回流是引起压力损失的主要原因,而中心流道的压力损失主要受流动速度的影响。

在颗粒的分离效率方面,研究了直径在100μm以上的光滑球形颗粒,分析了影响分离效率的因素。

提升管反应器进料段气-固两相流的CFD模拟及结构优化

ｒｐｉｔｏｅｆｍｕｔｈｓｌｗｓｓｌｃｅｏｈ（ＦＤ）ｓｍｕａｉｎｏｈａ — ｏｉｌｗｐｏｒａｅｍｄｌｌｉａｅｆｏｗａｅｅｔｄｆｒｔｅＣｏｐｉｌｔｆｔｅｇｓｓｌｆｏｏｄ
中图分类号：ＴＥ２６４
ＧＡＳＳＬＩＦＬｏＷ —ｏＤＣＦＤＩＵＬＡＴＩＮＳＭｏＡＮＤＴＲＵＣＴＵＲＡＬＳｏＰＴＩＩＭＺＡＴＩＮｏ
ｏＦＦＥＥＤＮＪＩＥＣＴＩＮＧＺｏＮＥＳｏＦＲｌＥＲＲＥＡＣＴｏＲ
ｐａｔｃｅｐｒｉｌｎａｔｃｅｗａｌｃｌｅｃｄ．Ｔｈｅｃｌｂａｉｎｒｓｔｈｏｄｔｔｂｙｕｓｎｇｔｒｉｌａｔｃｅａｄｐｒｉｌ— ｌｏｕｄｂｅｒｄｕｅａｉｒｔｏｅｕｌｓｓｗｅｈａｉｈｅ
ｉｉｅｔｉｅｅｃｏ．ＡｃｏｄｉｇｔｈｅＣＦＤｉｕａｉｅｕｔｎｓｄｈｅｒｓｒｒａｔｒｃｒｎｏｔｓｍｌｔｏｎｒｓｌｓ，ａｎｏｉｉｅｔｕｃｕｒｆｔｉｅｐｔｍｚｄｓｒｔｅｏｈｅｒｓｒｒａｔｒｗａｃｉｅｏｒｄｕｅｃａｋｎｇｏａａｙｓ．Ａｆｅｔｕｃｕｒｏｉｚｄｏｉｅｒａｔｈｅｅｃｏｓａｑｕｒｄｔｅｃｒｃｉｆｃｔｌｔｔｒｓｒｔｅｐｔｍｉｅｆｒｓｒｅｃｏｒｔ
也大大降低。
关
键
词：ＴＭＰ；提升管反应器；气一固两相流；ＣＤ；催化剂磨损Ｆ

《基于MP-PIC对循环流化床提升管内气固流动》范文

《基于MP-PIC对循环流化床提升管内气固流动》篇一一、引言循环流化床（CFB）技术是近年来广泛应用于化工、能源、环保等领域的先进技术之一。

在CFB系统中，提升管作为关键部件之一，其内部的气固流动特性对系统的运行性能和稳定性具有重要影响。

为了更好地理解和控制提升管内气固流动，研究者们不断探索新的数值模拟方法。

其中，多相流模型（MP-PIC）被广泛应用于复杂流体系统的数值模拟中，对于研究循环流化床提升管内气固流动具有重要的应用价值。

本文将基于MP-PIC对循环流化床提升管内气固流动进行深入研究，并分析其结果。

二、MP-PIC模型概述MP-PIC模型（多相流粒子云模型）是一种用于模拟复杂流体系统中气固两相流动的数值方法。

该模型通过追踪大量粒子（包括气体和固体颗粒）的运动轨迹，以及它们之间的相互作用力，从而实现对气固流动的精确模拟。

在循环流化床提升管内气固流动的研究中，MP-PIC模型能够有效地描述气体和固体颗粒的相互作用、流动状态以及颗粒的分布情况。

三、基于MP-PIC的循环流化床提升管内气固流动模拟本研究采用MP-PIC模型对循环流化床提升管内气固流动进行数值模拟。

首先，建立合理的物理模型和数学模型，包括提升管的几何尺寸、操作条件、颗粒物性等参数。

然后，通过求解MP-PIC模型中的控制方程，得到气固两相的速度场、浓度场等流动参数。

最后，对模拟结果进行后处理和分析，以揭示提升管内气固流动的规律和特点。

四、模拟结果与分析1. 速度场分析：通过MP-PIC模型模拟得到的气固两相速度场表明，在提升管内，气体和固体颗粒的速度分布不均匀。

气体速度较大，主要分布在管道中心区域；而固体颗粒受到气体曳力和重力的作用，速度较小且分布较为分散。

此外，在管道壁面附近，由于壁面摩擦和颗粒碰撞等因素的影响，速度梯度较大。

2. 浓度场分析：模拟结果还表明，在提升管内，固体颗粒的浓度分布也不均匀。

在管道中心区域，由于气体携带作用较强，颗粒浓度较低；而在管道壁面附近，由于颗粒沉积和碰撞等因素的影响，颗粒浓度较高。

fluent仿真欧拉模型中,对于气固两相流材料的设置原则

fluent仿真欧拉模型中,对于气固两相流材料的设置原则【主题】fluent仿真欧拉模型中，对于气固两相流材料的设置原则【正文】1. 欧拉模型介绍在流体力学领域，欧拉模型是描述流体运动的基本模型之一。

它通过对流体的质量、动量和能量进行数学描述，来研究流动的规律。

在fluent仿真中，欧拉模型被广泛应用于多相流模拟，特别是气固两相流体的仿真。

2. 气固两相流材料的设置原则气固两相流是指气体和固体颗粒同时存在并相互作用的流动现象。

在fluent仿真中，对于气固两相流体的设置，需遵循以下原则：2.1 明确流场特性在设置气固两相流模拟时，首先要明确流场的特性，包括颗粒的密度、直径、速度和分布等。

这些参数的准确描述对于模拟结果的准确性至关重要。

2.2 考虑颗粒间相互作用在气固两相流体中，气体和颗粒之间存在着复杂的相互作用。

在fluent仿真中，需要考虑颗粒间的碰撞、沉降、回流等过程，以准确模拟流体的运动和颗粒的分布。

2.3 优化边界条件在设置气固两相流仿真时，边界条件的设定对于模拟结果的精度和稳定性有着重要影响。

需要合理设置出口压力、入口速度、颗粒注入速率等参数，以保证仿真结果的准确性。

2.4 考虑物质性质气固两相流体的模拟中，物质的性质也是至关重要的。

需要考虑气体和颗粒的密度、粘度、表面张力等物性参数，并合理设置在fluent仿真中。

3. 个人观点和理解在进行fluent仿真中，对于气固两相流体的设置原则，我认为需综合考虑流场特性、颗粒间相互作用、边界条件和物质性质等因素，以达到准确、可靠的模拟结果。

不断优化模型和参数设置，提高模拟的精度和稳定性。

4. 总结和回顾fluent仿真欧拉模型中，对于气固两相流体的设置原则，需要全面考虑流场特性、颗粒间相互作用、边界条件和物质性质等因素。

只有在这些方面做到全面、准确的设置，才能得到高质量的仿真结果。

【知识文章格式撰写】本文介绍了fluent仿真欧拉模型中，对于气固两相流体的设置原则，涉及了明确流场特性、考虑颗粒间相互作用、优化边界条件、考虑物质性质等内容。

Fluent的气固两相流中离散颗粒的数值模拟

本文基于通用计算流体软件 FlUENT，通过用户自定义函数(User Defined Function) 实现了伪三维 DEM-CFD 耦合算法，其中连续相控制方程由通用计算流体软件 FLUENT 求解。构建空隙率标量场，重组基于局部平均并考虑流-固耦合作用的连续相控制方程，提高了连续相控制方程的求解稳定性。将该算法用于球形颗粒的气固鼓泡床及节涌工况模拟中，数值模拟计算结果与有关数值模拟及试验结果定性一致。
通用计算流体软件 FlUENT 可作为确定性颗粒轨道模型求解器[9-11]，具有通用性及稳定性好、计算精度高、不会出现代码理解偏差导致的错误等优点。本文将 DEM 与计算流体力学软件 FlUENT 相结合，基于颗粒尺度碰撞、摩擦等作用和介观网格尺度的颗粒-流体相互作用，实现伪三维 CFD-DEM 耦合算法，其中 DEM 算法通过 UDF(User Defined Function)实现。
0.1s
0.2s
0.3s
0.4s
0.5s
0.6s
0.8s
图 1 节涌现象颗粒速度云图
0s
0.1s
0.2s
0.3s
0.4s
0.5s
0.6s
0.7s
关键词：FLUENT；离散单元法；计算流体力学
图 2 鼓泡现象颗粒速度云图
基于 Fluent 的气固两相流中离散颗粒的数值模拟
任立波 1 何海澜 2 韩吉田 1
关键词：FLUENT；离散单元法；计算流体力学
1、引言
对气固流动系统，双流体模型以其大规模模拟的可行性在数值模拟领域占据重要地位，但双流体模型中的颗粒连续假设从本质上削弱了颗粒流体系统中非均匀特性的描述[1]。与传统两相流数值模拟方法相比，离散单元法 (DEM，Discrete/Distinct Element Method，又称软球模型)可跟踪每个颗粒的运动信息，并考虑颗粒-颗粒、颗粒-壁面碰撞及颗粒-流体相互作用，在气固非均匀流数值模拟方面具有强大优势。1992 年日本 Tsuji 首次将软球模型用于流化床模拟，得到与试验一致的最小鼓泡速度、压力波动频率及不同气速下鼓泡床内的颗粒运动信息[2]。而后众多学者采用该方法对气固流动行为进行了详细研究， XU 和 YU 运用软球模型模拟了流化床中的鼓泡和节涌现象 [3]；T. Kawaguchi 比较了二维与三维软球模型的鼓泡床中，气速、隔板及摩擦系数对颗粒动态行为的影响[4]； C.N. WU 研究了考虑颗粒-颗粒及颗粒-壁面传热的流化床反应器中颗粒与气体行为[5]；Tsuji[6]、Watano[7]、Li [8] 则将该方法应用于气粒输送领域。至今，离散单元法已被广泛用于气固流动系统，对深入了解气固流动行为具有重要意义

气溶胶力学_第09章_气溶胶气固两相流动的湍流数学模型

的微观流动，因此，为了描述宏观流场，必须使用
体平均的概念，也就是说，表示宏观流场性质的每
一变量都是控制体内该变量的体平均值。
二、相内的Leabharlann 观真实值和体平均值三、两相流中几种密度及体积分数
三、气固两相流的分类
1.气固两相流的类型
气固两相流的类型有两种：
稀相气固两相流：气相中悬浮着很少的固体颗粒，称为稀相气固两相流。稠相气固两相流：气相中悬浮着很多的固体颗粒，称为稠相气固两相流，或浓相气固两相流，或密相气固两相流。
相流的守恒方程组。
假设气体为不可压流体。假设为稀相气固两相流。假设两相之间无相变。
一、连续方程
一、连续方程
二、动量方程
二、动量方程
二、动量方程
三、K-ε-KP模型
三、K-ε-KP模型
三、K-ε-KP模型
三、K-ε-KP模型
三、K-ε-KP模型
二、欧拉—欧拉法（双流体模型）
假设 • 流体是连续介质，在欧拉坐标系下考察流体的运动。 • 颗粒是连续介质，在欧拉坐标系下考察颗粒的运动。优点： • 可以完整地考虑颗粒相的各种湍流输运过程。 • 颗粒相和流体可以采用统一的数值方法。
• 计算量可以不是很大，可以为工程所接受。
• 预报结果可以直接与实验结果对照。
华北电力大学环境科学与工程学院
气溶胶力学
任课教师：杨官平
二○一五年八月
第09章
气溶胶气固两相流动的湍流数学模型
气固两相流的数值模拟方法气固两相流的基本知识湍流气固两相流的基本守恒方程组
9.1 气固两相流的数值模拟方法
按照系统坐标特性分类，气固两相流的数值模拟方法可以分为两种：欧拉—拉格朗日法：在欧拉坐标系下考察流体的运动，在拉格朗日坐标系下考察颗粒的运动。欧拉—欧拉法：在欧拉坐标系下考察流体的运动，在欧拉坐标系下考察颗粒的运动。

提升管反应器气固两相流动反应模型及数值模拟Ⅳ.进料段消除回流的数值模拟

提升管反应器气固两相流动反应模型及数值模拟Ⅳ.进料段消
除回流的数值模拟
高金森;徐春明;杨光华;郭印诚;林文漪
【期刊名称】《石油学报（石油加工）》
【年(卷),期】1998(14)4
【摘要】由已建立的催化裂化提升管反应器流动反应模型及其程序对提升管反应
器进料段改进操作、优化流动状况等方面进行了数值模拟研究，从气固两相流动机理对提升管进料段内的流动状态进行了分析，从而可定量地掌握这一过程操作改进的实质。

结果表明，提高预提升蒸汽量，可改善提升管反应器进料段内的流动状态。

优化气固两相的接触，减少回流引起的油气与催化剂的返混，且随着预提升蒸汽量的提高，轻质油收率增加，气体和焦炭产率下降，产物分布得到改善。

【总页数】5页(P45-49)
【关键词】流动反应模型;数值模拟;石油炼制;提升管反应器
【作者】高金森;徐春明;杨光华;郭印诚;林文漪
【作者单位】石油大学重质油加工国家重点实验室;清华大学工程力学系
【正文语种】中文
【中图分类】TE966
【相关文献】
1.提升管反应器气固两相流动反应模型及数值模拟：Ⅲ.注终止… [J], 高金森;郭印诚
2.提升管反应器气固两相流动反应模型与数值模拟：Ⅱ.工业提… [J], 高金森;郭印诚
3.提升管反应器气固两相流动反应模型及数值模拟：IV.进料段… [J], 高金森;郭印诚
4.催化裂化提升管反应器气液固3相流动反应的数值模拟Ⅰ.气液固3相流动反应模型的建立 [J], 高金森;徐春明;林世雄;郭印诚;王希麟
5.提升管反应器气固两相流动反应模型及数值模拟Ⅰ.气固两相流动反应模型的建立 [J], 高金森;徐春明;杨光华;郭印诚;林文漪
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循环湍动流化床的提升管内FCC颗粒流动特性的数值模拟

第 34 卷第 4 期 2018 年 4 月
科技通报
BULLETIN OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
Vol．34 No．4 Apr． 2018
循环湍动流化床的提升管内 FCC 颗粒流动特性的数值模拟
张长练，曾涛* ，刘少北，董亮
（四川理工学院过程装备与控制工程四川省高校重点实验室，四川自贡 643000）
110
科技通报
are mixed． Keywords： cyclic turbulence； fluidized bed； the FCC particles； flow characteristics
第 34 卷
城市生活产生的垃圾进行焚烧发电作为城市垃圾进行处理受到广泛的关注。循环湍动流化床的燃烧技术是一种新型高效且低污染的燃烧技术，广泛的应用在电力行业中。在进行燃烧的过程中，循环湍动流化床中提升管内的颗粒会随着自身成分产生变化，颗粒的密度也会产生改变［1，2］。因循环湍动流化床本身具有的特点，在启动的过程中添加循环的物料，使循环湍动流化床提升管内的颗粒密度存在不均匀性［3，4］。不同密度的 FCC 颗粒在流化床中产生的流动特性是有所不同的，当流化床层表观的气速比较小时，流化床内的颗粒就会产生分离［5，6］。颗粒产生的混合与分离的行为会对颗粒在流化床内进行的分布、流化床层的膨胀以及传热的传质速率与化学进行转换的速率［7，8］。对循环湍动流化床内提升管内的流动特性，尤其是对颗粒运动的规律进行深入的认识，利于对循环湍动流化床进行大型化研究。对循环湍动流化床中颗粒流动特性进行研究，利于从理论上对颗粒运动规律进行了解［9，10］。因此对循环湍动流化床提升管内产生的流动特性进行研究具有重要意义。文献［11］采用 CFD-DEM 对循环流化床颗粒的流动特性进行数值模拟，构建基于图像处理分析的颗粒聚团方法，重点对流化床颗粒的聚团在流化床层整体的分布于颗粒聚团特性进行研究。文献［12］以催化裂化的平衡剂与常温的空气作为介质，在循环流化床的模拟装置上，对单双下料的结构以及双路的颗粒循环的速率比例对流动的特性影响进行考虑。结果表明，两路的颗粒循环的速率越是接近，颗粒的浓度分布的就越均匀，轴对称性就越好，气固接触的效率就越高，降低了表观的气速，利于提高气固接触的效率。

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a6 =
Γ4 7 (1+ β) (1+ β) (1+ e) 2(1+ β) − [1+ − ]+ [1− ] 2 3K (1+ K) 2K(1+ K) 2 3(1+ K)
2
3 e(1 + β ) Γ2 Γ2 Γ eΓ 2 K (1 + β ) ε s go a7 = 4 + 4(1 + e) 4 + 4 2 − 4 , a8 = + 2 2 (1 + K ) + − + 4 2 [2(1 ) (1 β )] K K K K 4 K
拟，分析了流化床颗粒碰撞过程中产生的颗粒间法向应力和切向应力的作用。上述实验和理论研究表明颗粒旋转影响流化床内颗粒运动，进而改变气体-颗粒两相流动特性。然而，目前采用的颗粒动理学
[7,8]
没有考虑颗粒旋转对颗粒相流动特性的影响。因此，需要
*基金项目：自然科学基金项目（50776023）的资助
2
气体-颗粒流动遵循质量、动量和能量守恒。对于无化学反应时，气体和颗粒相的质量守恒方程为：
∂ (ε s ρ s ) + ∇ ⋅ (ε s ρ s v s ) = 0 ∂t
∂ (ε g ρ g ) + ∇ ⋅ (ε g ρ g v g ) = 0 ∂t
(1) (2)
其中ε和ρ为气体或者颗粒相浓度，v 为气体或者颗粒相的速度。考虑气体与颗粒之间的相互作用，气体和颗粒相的动量守恒方程表示为： D (ε g ρ g v g ) = −ε g ∇p + ∇ ⋅ (ε g µ g ∇v g ) − β gs ( v g − v s ) + ε g ρ g g Dt
由此可见，考虑颗粒旋转运动后，颗粒相动量和能量的传递和耗散不仅与颗粒平动能量交换有关，还取决于颗粒旋转能量的交换，颗粒平动温度和颗粒旋转温度的改变实现颗粒平动能量和旋转能量的交换。模拟计算时，初始时提升管内气体速度为零。入口处给定气体速度和颗粒速度，出口采用压力边界条件。在壁面气相采用无滑移条件。颗粒旋转作用对颗粒相边界条件的影响是通过颗粒粘度和脉动能量传递系数体现。在壁面，颗粒相平动温度边界条件：
(10)
颗粒碰撞过程中旋转作用改变了颗粒相能量的传递，颗粒脉动能量传递系数为：
ks =
βΓ3 θ 2Γ 150 6 (Γ2 + ) πρs dθt0.5{1+ [(1+ e) + 4 ]goε s }2 + 2ε s2 ρs dgo [(1+ e) + Γ4 ] t π 384(1+ e)goΓ1 1− β K −1 5 3
建立考虑颗粒旋转效应的颗粒动理学，研究颗粒流动特性，进一步揭示流化床气固流动的本质。本文基于颗粒动理学方法，将颗粒旋转效应引入到颗粒相粘度、能量耗散等计算中，建立考虑颗粒旋转的颗粒相守恒方程，数值模拟提升管内的气固两相流动，分析颗粒旋转效应对气固两相流流动特性的影响。
1 考虑颗粒平动和旋转运动的双流体计算模型
(7)
其中 kt 为颗粒平动能量传递系数，γt 为平动能量耗散率。高浓度下颗粒之间的碰撞产生的冲量使得颗粒动量发生变化，同时颗粒之间的摩擦作用使得颗粒能量发生转移，导致颗粒旋转速度产生或者发生改变，这将使得颗粒承受相当数量级的 Magnus 力，从而改变颗粒的运动状态。取β为颗粒粗糙度系数，其大小范围为-1≤β≤1。当β=−1时，表示为完全光滑颗粒的碰撞。随着β值的增加意味着颗粒表面摩擦程度的增加。当β=1时，表示碰撞为完全弹性和完全粗糙颗粒的碰撞。对于稳定剪切颗粒流动，颗粒旋转温度与颗粒平动温度之比为
ξ s = 4ε ρ s dg o (1 + e) θ t /(3 π )
2 s
其中，θt 为平动颗粒温度。颗粒平动脉动能量守恒方程为：
3∂ (ε s ρsθt ) +∇⋅ (ε s ρsθt vs ) = ∇⋅ (κt ∇θt ) + (∇ps I +τ s ) : ∇vs − γ s − 3βgsθt ∂ t 2
流化状态的影响，研究表明在相同的流化条件下颗粒的自转使得床内平均空隙率比颗粒不旋转的情况有所增大。田凤国等采用考虑颗粒旋转的离散单元法分析了非均匀布风方式下流化床内的气固流动特性，数值模拟揭示了床内颗粒的横向循环流动规律。闫洁
[6] [5]
等考虑颗粒旋转作用，采用欧拉-拉格朗口模型对气固两相平面射流进行直接数值模
(11)
Γ1 =
a1 a6 25a2 a5 , Γ2 − 8 24
= 0.4a3a6 + 2a2 a7ε s g 0 / 3 , Γ3 = 2a2 a8 / 3 + 0.4a4 a6ε s g 0
K (1 + β ) Γ4 = (1 + K )
Γ4 7Γ2 (1+ e) 2 4 a1 = [82 − 25(1+ e)] − 2[(1+ e) + KΓ4 ] + [82 − 25Γ4 ] − 4 4 4[2(1+ K) − (1+ β)]
关键词：颗粒旋转；粗糙颗粒动力学；提升管。
0 前言
流化床内颗粒间相互碰撞发生动量和能量的传递和耗散。颗粒平动速度脉动的强弱可以用颗粒脉动能量或者颗粒温度描述，而颗粒温度可以基于颗粒动理学、通过求解颗粒温度守恒方程来确定。颗粒动理学类比于稠密气体分子运动论，确定了颗粒间碰撞而引起的颗粒相能量耗散等参数与颗粒温度之间的关系，建立了颗粒相的控制方程。近期，骆仲泱
(3)
D (ε s ρ s v s ) = −ε s ∇p − ∇ ⋅ ( ps I ) + ∇ ⋅ ( µ s ∇v s ) + ∇(ξ s ∇ ⋅ v s ) + β gs ( v g − v s ) + ε s ρ s g (4) Dt
其中 Ps 为颗粒相压力，β为曳力系数。µg 和µs 为气相和颗粒相粘度，ξs 为颗粒相表观粘度。颗粒相压力和表观粘度分别为： ps = ε s ρ sθ t [1 + 2 g o ε s (1 + e)] (5) (6)
中国工程热物理学会学术会议论文
多相流编号：106069
考虑颗粒旋转的颗粒动理学模拟提升管气固两相流动特性
王帅，杜小丽，孙立岩，徐鹏飞，陆慧林
（能源科学与工程学院，哈尔滨工业大学，哈尔滨，150001） (E-mail: feirenwangshuai@) 摘要：流化床内颗粒旋转将影响颗粒相的流动特性。本文运用基于颗粒动理学理论的欧拉一欧拉气固多相流模型，考虑颗粒旋转流动对颗粒碰撞能量交换和耗散的影响，数值模拟提升管内气体颗粒两相流动特性。计算结果表明提升管内中心区域为低浓度-高速的颗粒上升流动、壁面区域为高浓度-低速的颗粒下降流动。分析了颗粒粗糙度系数对颗粒相能量耗散、颗粒平动温度和粘度的影响。随着颗粒粗糙度系数的增加，颗粒碰撞能量耗散先逐渐增加后减小。颗粒平动温度和粘度的变化趋势是相反的，表明颗粒旋转产生摩擦将导致颗粒旋转脉动能量的改变，影响提升管内气体-颗粒两相宏观流动特性。
[1,2]
等利用高速数字摄影及大功率激光构成的测试系统在冷态循环流化床实验台
上进行了颗粒旋转特性的实验研究，实验结果表明玻璃珠颗粒旋转速度最高可达 2000r/s，平均转速为 300r/s。颗粒旋转不仅对自身的运动轨迹发生偏转，而且对所在流场的流动特性产生影响。袁竹林
[3,4]
等利用离散颗粒方法数值模拟流化床内颗粒自转对
(
)
(12)
颗粒相速度边界条件:
µs
dus φ , 3πρ s ε sθ t1/ 2 us = dr 6ε s ,max [1 − (ε s / ε s ,max )1/ 3 ]
(13)
2 模拟计算与分析
Benyahia
[11]
等数值模拟提升管内气体-颗粒流动过程，提升管高度和直径为 14.2 m
2
(1+ e)Γ4β K 1 + β 2 a = 5 +{3 (1+ e)2 (2e −1) − 2Γ [(1+ e) − (1+ e)Γ + Γ4 ] + }εs go 4 4 a2 = ( ) , 3 2 2 2 [(2(1+ K) − (1+ β)] 4 1+ K
eK (1 + β ) 2 3K (1 + β )2 (1 + β )2 (1 + β ) K (1 + β ) , a4 = a = + [ − ] 5 2 2 2 (1 + K ) 4(1 + K ) 4(1 + K ) 2(1 + β )]
θr K (1 + β ) = θt 1 + 2K − β
(8)
其中，η1=(1+e)/2，η2=(1+β)K/[2(1+K)]，K=4Ip/md2。Ip 为颗粒转动惯量，e 为颗粒碰撞非弹性恢复系数，描述两颗粒碰撞过程的弹性效应。当 e=0 时，颗粒碰撞为塑性碰撞，当 e=1 时为完全弹性碰撞。由此可见，颗粒旋转形成了颗粒相动量和能量的传递和耗散。当β值为−1时，颗粒旋转温度为零；相反，当β值为1时，颗粒旋转温度等于颗粒平动温度。考虑颗粒旋转作用后的平动能量耗散率为 η 2 K (1 + β ) ρ s ε s2 48 [η1 (1 − η1 ) + η 2 (1 − η 2 ) − 2 ] g oθ t3 / 2 γt = K 1 + 2K − β d π 颗粒旋转改变了颗粒碰撞过程中动量的耗散，颗粒相粘度为：
(9)
µ s = [2(1 + e) + 3η 2 ]ε s2 ρ s dg o