基于变尺度格子气方法的气固相间曳力模型

基于变尺度格子气方法,建立了气固相间曳力模型,对气固两相之间的耦合机制进行了研究,从微观角度出发,得到了气固两相之间相互作用的宏观行为。文章用此模型对气固两相流系统进行了模拟,模拟结果与四种经典曳力模型的模拟结果一致,验证了模型的正确性和有效性。     

导向挡板流化床内气固两相流的变尺度格子气模拟

基于格子气方法,建立了变尺度格子气模型。二维流场空间被离散成两层不同尺度的正六边形网格,固体颗粒和气体粒子分别在各自的网格上运动;设计了气固相作用规则;确定了模型宏观物理量的统计计算方法以及与真实物理量之间的转换关系。用建立的模型对导向挡板流化床内气固两相流的动态行为进行了模拟,数值模拟结果与文献中实验结果吻合较好,表明了建模方法的正确性和模型的有效性,证明该模型有望在工程领域得到应用。     

基于重置温度方法的双参数介尺度气固传热模型构建

颗粒聚团等介尺度结构在气固两相流中普遍存在,这些介尺度非均匀结构直接影响气固流动特性及气固接触效率,进而影响气固相间传热、传质及化学反应过程。在更适合工业大尺度气固传热模拟的粗网格方法中缺乏准确度高、简单易用且可以考虑介尺度非均匀结构影响的传热模型。采用计算流体力学-离散单元法（CFD-DEM）研究了气固两相流相间传热,为了保证气固相间持续传热,采用了两种维持气固相间传热温差的方法,并讨论了两种方法的优缺点。方法一：给气相能量方程添加热源项;方法二：每间隔一段时间重置气相温度,重置温度后气固两相自由传热,两种方法中均保持固相温度不变。结果表明聚团界面位置的局部单位体积气固传热量最大,重置温度方法在稀相和界面位置的局部单位体积传热量与总单位体积传热量之比大于热源项方法,而在浓相位置的局部单位体积传热量与总单位体积传热量之比小于热源项方法。通过过滤CFD-DEM计算数据,为重置温度方法构建了双参数（过滤固含率、过滤尺度）传热系数修正因子模型,通过先验分析评价了模型的表现,研究表明所构建模型在过滤网格尺度为5~40倍颗粒直径范围内优于文献中已有的双参数模型。     

网格尺寸对循环流化床内气固两相流动的影响

将基于能量最小多尺度方法(EMMS)的曳力模型耦合到双流体模型中,并针对循环流化床内的气固两流动进行了模拟研究。采用全滑移壁面边界条件处理颗粒相,考察了3种网格尺度对轴向空隙率和出口颗粒循环量等气固流动特性的影响。计算结果表明,应用EMMS曳力模型处理相间作用力,同时在采用全滑移壁面边界条件处理颗粒相时,双流体模型能够正确预测轴向空隙率分布。采用网格尺寸为2.325 mm×20 mm时,模拟结果和实测数据吻合较好,表明在循环流化床的数值模拟中选择恰当的网格尺度是极为重要的。     

非均匀气固两相系统中多尺度传质模型

建立了适用于气固循环流化床的多尺度传质模型 .从过程与尺度的角度出发 ,将非均匀气固两相流中的传质过程分解为静态与动态的过程 ,并将前者分解为稀相内、密相内以及稀密相间 3个尺度下的传质 ;在用多尺度能量最小 (EMMS)模型求解已知物系性质和操作条件的非均匀气固两相流体动力学参数的基础上 ,借助于前人的研究结果 ,利用相对滑移速度、空隙率等参数求解传质系数 ,求得轴向的浓度场分布 ,并讨论非均匀两相流动结构对传质效率的影响     

气液两相流界面多尺度问题可计算性研究进展

气液两相流复杂多变的界面结构在瞬态时间上具有宽广的空间尺度范围.界面多尺度问题涉及化工领域、核安全领域以及其他多个领域,其可计算性是当前国内外气液两相流领域的研究焦点之一.分析了欧拉体系下处理气液两相流相界面不连续性的两种基本模型以及湍流模拟方法对界面结构的影响.针对离散流界面尺度分布性和混合流界面跨尺度性两类多尺度问题,分析了可计算性研究面临的困境,将其归因于网格尺度的约束、几何及物理边界的缺失.重点归纳了混合流界面跨尺度性问题的计算方法以及典型应用.最后对气液两相流界面多尺度问题提出了应对策略及研究趋势,为此类问题研究提供有益的参考.     

气固流化床中气泡流运动特征和空隙率径向分布

引言流态化技术在工业领域应用越来越广,但由于流态化行为复杂,许多内在规律还有待于进一步揭示．气固流化床中最基本的特征是颗粒聚集的乳化相与气体聚集的气泡相共存,它的复杂性就在于它的不均匀性和多态性．气固流化床中的不均匀性是由空隙率分布来描述的,然而空隙率的分布目前还未能从理论上得到定量的描述．气固流化床内的空隙率分布与气泡的运动密切相关,因此对床层空隙率的了解最终决定于对流化床气泡运动的研究．在此作者采用流体力学的方法从宏尺度和宇尺度范围来探讨气固流化床内气泡的运动规律,建立相应的多尺度、连续介质…     

反应传递多尺度耦合的拟颗粒模拟

反应与传递过程的耦合是众多化工过程的重要特征之一。随着过程精准调控要求的不断提高和过程强化与微化工等领域的迅速发展,传统上宏观与微观分离的反应与传递描述方式遇到了诸多挑战。拟颗粒模拟耦合软球和硬球两类分子模拟方法的优势,显著简化了分子间作用模型,极大提高了计算效率,为描述宏微观之间的介尺度上反应与传递紧密耦合的复杂现象提供了一种有效手段。本文简要回顾该方法提出的背景,阐述其基本思想,并展示和分析其在气固多相吸附和催化、气液微流动等问题中的应用前景。     

循环流化床中颗粒聚团特性的模拟

考虑到循环流化床中分散颗粒和颗粒聚团同时存在的多尺度结构,确定了密相和稀相加速度与计算网格局部参数之间的关系,建立了多尺度曳力消耗能量最小的稳定性条件,基于双变量极值理论,构建了考虑颗粒团聚效应的多尺度气固相间曳力模型。结合双流体模型,对循环流化床内气固流动特性以及颗粒聚团特性进行了模拟研究。通过与实验值比较,考虑颗粒聚团影响的计算模型可以更好地贴近实验结果,颗粒聚团直径随颗粒浓度增大呈现先增大后减小的分布趋势,气体和颗粒的加速度在模拟中与重力加速度同处一个数量级,求解过程中不能被忽略。     

循环流化床中颗粒聚团特性的模拟

考虑到循环流化床中分散颗粒和颗粒聚团同时存在的多尺度结构,确定了密相和稀相加速度与计算网格局部参数之间的关系,建立了多尺度曳力消耗能量最小的稳定性条件,基于双变量极值理论,构建了考虑颗粒团聚效应的多尺度气固相间曳力模型。结合双流体模型,对循环流化床内气固流动特性以及颗粒聚团特性进行了模拟研究。通过与实验值比较,考虑颗粒聚团影响的计算模型可以更好地贴近实验结果,颗粒聚团直径随颗粒浓度增大呈现先增大后减小的分布趋势,气体和颗粒的加速度在模拟中与重力加速度同处一个数量级,求解过程中不能被忽略。