一种改进的颗粒移动床μ(I)拟流体模型及应用1)

吴 坤 刘向军 戴椰凌

(北京科技大学能源与环境工程学院,北京 100083)

引言

颗粒移动床在工业生产中具有很广泛的应用,如燃料热解气化[1],烟气除尘[2],高温散料余热回收等[3-4].颗粒移动床内的流动特性是工艺设计与优化运行的重要基础,尚待深入地揭示.

现有的描述移动床颗粒流的研究方法有离散元方法(DEM)和连续性假设方法.离散元方法从单个颗粒出发研究每个颗粒与其他颗粒作用的详细经历[5],模拟精度高,近年来有很多学者应用此方法对移动床内颗粒的流动情况进行研究,包括移动床的几何构造和颗粒特性对颗粒出流量的影响[6-8],移动床壁面的应力分布[9-10]以及移动床内颗粒绕管特性[11]等.但离散元方法的计算量庞大,且对复杂形状的工业颗粒的表征尚待改进,对实际大型工业移动床的模拟尚存在困难.连续介质假设方法将移动床内的颗粒流视为拟流体,在欧拉坐标下求解方程.拟流体模型计算量小,其关键是建立颗粒流的本构关系.

颗粒流一般认为有3 种流动状态:颗粒紧密堆积,流动非常缓慢,颗粒之间依靠摩擦相互作用的准静态状态[12];颗粒非常稀疏,颗粒之间以二元碰撞为主的快速流动状态[13];以及处于二者之间,摩擦和碰撞对颗粒流动均有影响的中间流动状态[14-15].这3 种流动状态也被称为颗粒固态,颗粒气态和颗粒液态.颗粒在不同流态中呈现不同的流动特性对于颗粒拟流体方法的发展是一大挑战,颗粒固态……