鼓泡床模擬概要

1、稠密氣固兩相流動模擬鼓泡床流動計算討論2012/4/18目錄1. 歐拉-歐拉方法簡介2. 計算條件3. 計算結(jié)果 3.1 有中心射流條件下鼓泡床計算結(jié)果 3.2 無中心射流條件下鼓泡床計算結(jié)果 3.3 定常流動計算結(jié)果4. 分析總結(jié) 歐拉-歐拉方法簡介其基本假設(shè)是：1.流場中的每一位置，顆粒相與流體相共存并且相互滲透，且每一相具有各自的速度、溫度。2.每一顆粒相在空間中具有連續(xù)的速度溫度和容積分數(shù)的分布 3.顆粒相除與流體有質(zhì)量和能量的相互作用外，還具有自身的湍流脈動4.對稠密顆粒懸浮體，顆粒碰撞會引起附加的顆粒粘性、擴散和熱傳導(dǎo)。 歐拉-歐拉方法（Eulerian Method）是將顆粒看成

2、是Euler坐標系中的擬流體，具備與流體相似的動力學(xué)特性，且與流體之間存在大滑移和顆粒擴散，并能充分考慮顆粒質(zhì)量、動量及能量的湍流擴散，在不考慮相間質(zhì)量交換的情況下，通過求解兩相N-S方程進行計算。計算條件 2D鼓泡床計算幾何模型實測的顆粒體積分數(shù)（t=0.4 s，右圖為距中心線4mm處的顆粒體積分數(shù)軸向分布） 邊界條件：無滑移； 氣相按層流計算； 所有變量的迭代殘差10-4，保證得到收斂解； 網(wǎng)格：結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格；數(shù)量和粗細自定，在參數(shù)變化劇烈處加密； 初場設(shè)定：用patch（補?。┟铑A(yù)先給定氣固兩相的速度值（包括軸向和徑向分量）。yx 多相流模型(Multiphase Model): Eul

3、erian 第一相 (Primary-phase): air 第二相 (Secondary-phase): glassbead參數(shù)英文名稱選取結(jié)果粘性 Granular Viscositysyamlal-obrien體積粘性 Granular Bulk Viscosityun-et al摩擦粘性 Frictional Viscosityschaeffer內(nèi)摩擦角 Angle of Internal Friction30deg摩擦壓力 Frictional Pressurebased ktgf摩擦模數(shù) Frictional Modulusderived徑向分布 Radial Distributi

4、onlun et al彈性模量Elasticity Modulusderived堆積密度極限 Packing Limit0.63顆粒擬流體模型參數(shù)選取計算條件計算結(jié)果有中心射流條件下鼓泡床計算結(jié)果 (計算時間1.0s)0s0.1s0.2s0.3s0.4s0.5s0.6s0.7s計算結(jié)果有中心射流條件下鼓泡床計算結(jié)果0.8s0.9s1.0s 有中心射流時，可以從計算結(jié)果中清晰地觀察到氣泡的生成、長大以及上升至床面并破裂的過程，而且氣泡的尾渦也十分明顯。床面由清晰可見變?yōu)閯×易儎?，氣泡破裂過程中發(fā)生揚析和夾帶。 在1s時間內(nèi)，先后有34個氣泡生成，氣泡生成的頻率約為4Hz。 由于模擬計算的理想化，

5、計算結(jié)果呈現(xiàn)高度對稱性，這與實際結(jié)果是不相符的。實際過程中任何微小的擾動都可能消除這種對稱性。計算結(jié)果有中心射流條件下鼓泡床計算結(jié)果 選取x=0.04m，0.14m和0.28m三個特征線，考察其靜壓分布隨時間的變化。t=0.2st=0.4st=0.6st=0.8s計算結(jié)果有中心射流條件下鼓泡床計算結(jié)果 因為采用壓力出口邊界條件，因此出口壓力一致。在鼓泡過程中，床層壓差隨之變化。值得注意的是，當氣泡剛剛生成時，氣泡附近的壓力大于氣泡遠處的壓力，顆粒有向外擴散的趨勢；而當氣泡已經(jīng)生成時，氣泡附近的壓力小于氣泡遠處的壓力，顆粒有向內(nèi)填充的趨勢。這一結(jié)論已通過其他時間的結(jié)果得到驗證。 計算得到的顆粒濃

6、度分布與實驗值相差極大。我覺得實驗值存在問題，因為在t=0.4s時，剛剛形成一個大的氣泡，顆粒濃度怎么會在氣泡的位置會有一個很大的提升？0.00.10.20.30.40.50.60.00.20.40.60.81.0 Glassbead Volume Fraction Kuipers, 1990 CalculationY Position (m)無中心射流條件下鼓泡床計算結(jié)果計算結(jié)果0s0.2s0.4s0.6s0.8s1.0sug=1m/sug=2m/sug=5m/s無中心射流條件下鼓泡床計算結(jié)果計算結(jié)果 選取x=0.14m的特征線，考察不同平均氣速下顆粒濃度分布隨時間的變化。0.00.20.4

7、0.60.81.00.00.10.20.30.40.50.60.7 Glassbead Volume FractionY Position (m) ug=1m/s ug=2m/s ug=5m/s0.00.20.40.60.81.00.00.10.20.30.40.50.60.7 Glassbead Volume FractionY Position (m) ug=1m/s ug=2m/s ug=5m/s0.00.20.40.60.81.00.00.10.20.30.40.50.60.7 Glassbead Volume FractionY Position (m) ug=1m/s ug=2m/

8、s ug=5m/s0.00.20.40.60.81.00.00.10.20.30.40.50.60.7 Glassbead Volume FractionY Position (m) ug=1m/s ug=2m/s ug=5m/st=0.2st=0.4st=0.6st=0.8s無中心射流條件下鼓泡床計算結(jié)果計算結(jié)果 對于同一平均氣速，隨著時間的增加，床面逐漸升高，顆粒混合加劇，顆粒濃度從單峰分布轉(zhuǎn)變?yōu)槎喾宸植肌?隨著平均氣速的提高，床面升高加速， 對于氣速為2m/s和5m/s的工況，大量的顆粒被吹出床體，尤其是后者，顆粒幾乎被吹空。 與有中心射流條件下的工況類似，由于模擬計算的理想化，計算結(jié)果

9、呈現(xiàn)高度對稱性，這與實際結(jié)果是不相符的。0.00.20.40.60.81.00.00.10.20.30.40.50.60.7 Glassbead Volume FractionY Position (m) ug=1m/s ug=2m/s ug=5m/st=1.0s定常流動計算結(jié)果計算結(jié)果 定常流動條件下，計算中無法實現(xiàn)收斂，殘差始終維持在10-1上下。不同迭代步數(shù)下，得到的流場結(jié)果也不相同。這說明該條件下鼓泡床的氣固兩相流是無法收斂到一個定常的結(jié)果的。定常流動計算部分結(jié)果云圖分析總結(jié)1.利用Eulerian兩相流計算模型，對鼓泡床內(nèi)氣固流動進行了初步的模擬，分別得到了有中心射流和無中心射流工況下的床內(nèi)氣固分布、壓力分