基于介尺度曳力模型双组分颗粒混合的CFD模拟

宋晓皎， 王 帅

(1. 山西能源学院能源与动力工程系， 山西晋中 030600； 2. 哈尔滨工业大学能源科学与工程学院， 黑龙江哈尔滨 150001)

流化床反应器被广泛应用于催化裂解、 CO2捕集和煤粉颗粒燃烧等工业化生产中[1-3]。颗粒直径和密度等物理特性的不同，会导致多组分气固流化床中颗粒的混合分离现象的产生[4]，对气固反应特性及燃料的转化率产生直接影响，因此，对气固流化床中双组分颗粒分离特性的深入研究，将有利于获取系统最佳操作条件，进而提高燃料利用率。

近年来，数值模拟成为研究多组分颗粒流化床系统的重要方法[5-7]。Feng等[8]利用离散颗粒模型对流化床内双组分颗粒的分离和混合过程进行数值模拟， 并指出气固相间的作用力引发了流态化和颗粒间分离现象的产生。 Owoyemi等[9]利用数值模拟的方法， 对三维流化床内金红石颗粒的混合和分离过程进行研究， 并通过实验证实模拟结果的正确性， 指出多组分颗粒混合系统中固-固相间作用力和固相剪切力需进行进一步研究。 Mazzie等[10]利用矩阵直接求解法， 分析了流化床内多组分颗粒混合现象， 并对数值扩散对模型预测的影响进行了讨论。 Sharma等[11]讨论了颗粒密度和直径等物理特性对生物质和生物炭颗粒混合特性的影响， 结果显示生物质颗粒密度对混合物的分离和混合特性影响最为显著。

颗粒分离现象主要受流化床内气泡移动和颗粒湍动的影响。基于麦克斯韦速度耗散假设，非均一颗粒拟温度颗粒动力学理论被提出，并成功应用于双组分颗粒的鼓泡流化床的数值研究中[12-13]。……