液固散式流态化CFD模拟中曳力模型的影响

基于无黏性双流体简化模型在商业化软件平台上,通过增加用户自定义子程序考察了Gidaspow、Syamlal-O’Brien、Di Felice、Gibilaro、Dallavalle和BVK曳力模型对液固散式流态化CFD模拟结果的影响行为,探讨了相应的影响机制。经与文献中不同颗粒Reynolds数的代表性实验数据对比后发现：BVK和Dallavalle曳力模型对床层膨胀高度和整体固含率的预测精度较高;BVK、Syamlal-O’Brien以及Dallavalle曳力模型给出的床内固含率径向分布较为准确;BVK曳力模型较为准确地再现了颗粒轴向速度的径向分布特征。BVK曳力模型的影响机制与液固散式流态化中颗粒动力学特性相符合,在所考察范围内其预测性能最优;Dallavalle曳力模型在其余5个传统模型中预测性能较优且形式简洁在程序中易于实现。     

低雷诺数下气固两相中浓稀相界面对微尺度曳力的影响及建模

采用具有二阶精度的浸没边界-格子玻尔兹曼法对低雷诺数下流体流经不同颗粒聚团结构的过程进行了解析到颗粒表面的直接数值模拟(PR-DNS)。结果显示在颗粒聚团表面的浓稀相界面处,传统的微观均匀BVK曳力模型[AIChE Journal, 2007, 53(2): 489-501]的预测结果与PR-DNS结果有明显的差别;同时文献中所构建的考虑界面影响的微观曳力模型(Int. J. Multiphase Flow, 2020, 128: 103266)也无法准确预测稀相固含率不为0的情况。因此,本工作提出了一种将界面附近网格分解求取曳力的方法。通过与不同颗粒聚团结构的PR-DNS结果及其他曳力模型预测结果对比发现,新模型不但在稀相固含率趋近于0时与文献中模型具有相近的预测能力,且在稀相固含率不为0时,具有明显优于文献模型的相关系数及拟合优度。     

气固下行床中壁面对介尺度曳力的影响规律

传统介尺度曳力模型的构建通常基于全周期域的细网格模拟数据集，未考虑壁面的影响，而真实流化床反应器系统中的壁面条件会影响壁面附近的非均匀结构，进而影响到壁面附近颗粒所受的曳力，因此研究壁面效应对介尺度曳力模型的影响很有必要。本文通过对拟二维全周期系统和不同床宽的周期下行床系统的介尺度曳力修正系数相对误差径向分布进行比较，探究了周期下行床中的介尺度曳力回归全周期系统曳力的现象，分析了曳力修正系数径向分布的影响因素。发现不同床宽下受壁面影响区域占整个床的比例改变较小，且曳力系数相对误差的值受该位置的固含率、固含率梯度、固相剪切率及粒化温度分布等因素影响，最后拟合了曳力系数相对误差关于径向位置的公式，并对过滤尺度对曳力系数相对误差的影响和一些变量关联曳力时是否已经隐性包含了壁面的影响进行了探讨。     

浆态床内固含率轴向分布的数值模拟

采用DBS曳力模型计算气液相间作用,分别采用Gidaspow曳力模型、经Brucato修正的Gidaspow曳力模型和Schiller?Naumann曳力模型计算液固相间作用,忽略气固间的直接作用,对比了浆态床内不同颗粒粒径体系轴向固含率的模拟和实验结果. 结果表明,不同液固相间曳力模型对气含率的预测影响不大;在颗粒粒径较大(140 ?m)的体系中,较低表观气速下气液DBS与液固Schiller?Naumann曳力模型组合模拟的固含率随床高度增加而减小,与实验结果吻合,而其它曳力模型组合的模拟结果较差,轴向分布较均匀;在颗粒粒径较小(35 ?m)的体系中,几种曳力模型组合的模拟结果均与实验结果吻合较好,轴向分布较均匀.     

双流体模型中曳力及恢复系数对气固流动的影响

应用双流体模型CFD模拟的方法,从恢复系数和曳力两方面,研究了气固密相流化床中颗粒之间和气固相之间的相互作用对床内非均匀流动结构形成与变化的影响.计算结果表明颗粒间非弹性碰撞和气固间曳力的增大均使气固两相流动的非均匀性增大.通过比较二者对非均匀流动结构的影响,发现气固间曳力是形成非均匀流动结构的决定因素.从碰撞耗散、颗粒动能和颗粒势能的角度分析了二者的作用机理,发现恢复系数和曳力对流动结构的作用主要区别在于对颗粒团聚和床层膨胀的影响程度不同.     

拟泡-乳曳力模型在大型高温费托流化床反应器中的CFD模拟研究

以带冷却盘管的大型高温费托流化床反应器为研究对象,开展三维计算流体力学模拟研究。传统双流体模型基于局部平均的假设,认为单位控制体内气固两相均匀分布,网格尺寸必须足够小才能正确揭示局部非均匀结构的所有细节。采用双流体模型模拟大型工业化流化床装置时,将导致网格数量过于庞大,远超现有计算能力。为提高计算效率的同时不损失模拟精度,提出了基于局部非均匀假设、适用于粗网格的拟泡-乳三相非均匀曳力(PBTD)模型。该模型将流化床分为乳化相气体、乳化相颗粒以及气泡三相,分别建立守恒方程,体现气泡的非均匀特性对气固曳力的影响。乳化相内气固曳力以及气泡相与乳化相内颗粒的曳力分开考虑。采用PBTD模型耦合传质和反应模型,建立基于局部非均匀假设的高温费托合成反应器三维流动-传递-反应模型,包括各相守恒控制方程、气泡尺寸模型、相间物质和动量交换模型、高温费托合成反应动力学模型以及初始和边界条件,预测反应器内的流场和组分浓度分布。研究结果表明:在粗网格条件下,非均匀曳力模型可以预测床层内相含率的分布情况,预测的床层膨胀高度与经验公式计算值接近,偏差为1.2%。反应器出口气体组分的质量分数与试验测量值相近,偏差在1.5%~16.0%。模拟结果证实,基于非均匀假设的PBTD模型适用于模拟工业规模的鼓泡流化床反应器,对其设计开发和工业运行具有指导价值。     

液固散式流态化CFD模拟中曳力模型的影响

基于无黏性双流体简化模型在商业化软件平台上,通过增加用户自定义子程序考察了Gidaspow、SyamlalO’Brien、Di Felice、Gibilaro、Dallavalle和BVK曳力模型对液固散式流态化CFD模拟结果的影响行为,探讨了相应的影响机制。经与文献中不同颗粒Reynolds数的代表性实验数据对比后发现:BVK和Dallavalle曳力模型对床层膨胀高度和整体固含率的预测精度较高;BVK、Syamlal-O’Brien以及Dallavalle曳力模型给出的床内固含率径向分布较为准确;BVK曳力模型较为准确地再现了颗粒轴向速度的径向分布特征。BVK曳力模型的影响机制与液固散式流态化中颗粒动力学特性相符合,在所考察范围内其预测性能最优;Dallavalle曳力模型在其余5个传统模型中预测性能较优且形式简洁在程序中易于实现。     

气泡曳力系数模型分区研究

由曳力系数表征的曳力模型作为重要的相间力模型之一，被广泛应用于Euler-Euler方法和Euler-Lagrange方法下的连续相和离散相动量方程中。由于现有气泡曳力系数模型形式各异且适用范围有限，因此需要对已有模型进行充分地评价。考虑到已有曳力系数模型的适用范围和气泡变形的影响，参考各曳力系数模型采用的相关参数，建议基于Reynolds数Re和Weber数We分区选择最佳模型。将分区曳力系数模型、已有曳力模型与实验数据对比，发现分区曳力系数模型总体预测结果更符合实验测量值。将分区曳力系数模型应用至数值模拟中，可以更精确地追踪不同尺寸气泡的位置，使数值模拟结果更接近真实的物理情况。     

液固循环流化床的研究(Ⅱ)表观滑落速度及曳力系数

在本文(Ⅰ)报实验研究的基础上,进一步探讨了液固循环流化床中的两相流动特性.液固两相表观滑落速度的实测结果表明,实验结果与广义流态化方法的预测值间存在较大的差异.表观曳力系数的研究表明,实验回归的表观曳力系数与文献中的传统预测值间也存在较大的差异,进一步体现出由于状态参数的径向不均匀性带来的循环流态化与散式流态化间的差别.     

基于EMMS介尺度模型的双分散鼓泡流化床的模拟

双分散气固鼓泡流化床中颗粒通常具有不同粒径或密度,导致产生颗粒偏析等现象,影响传递和反应行为。颗粒分离和混合与气泡运动密不可分,其中相间曳力起关键作用。最近Ahmad等提出了一种基于气泡结构的双分散介尺度曳力模型,能成功预测双分散鼓泡流化床的床层膨胀系数。本研究耦合该曳力模型与连续介质方法,模拟了两种不同的双分散鼓泡流化床,通过分析不同流化状态下的气泡运动、颗粒浓度比的轴向分布等参数,进一步检验模型的适用性。研究表明,当双分散颗粒处于完全流化状态时,耦合双分散介尺度曳力模型可合理预测不同颗粒的分离现象;而其处于过渡流化状态时,新曳力模型和传统模型均无法获得合理结果,此时调节固固曳力可改进模拟结果。     

分区曳力模型的2D鼓泡流化床流动特性模拟

曳力对两相流动特性具有很大影响,由于颗粒团聚的影响,传统曳力模型不能准确预测气固间曳力.为了提高两相流动特性的模拟精度,文中综合考虑不同曳力模型在特定浓度的曳力系数特性,分区确定曳力模型,并在模型断点处使用光滑函数,基于CFD开源平台OpenFOAM耦合TFM模型对2D鼓泡流化床进行流动特性模拟.结果表明:分区曳力模型...     

气固两相流动中非球形颗粒所受曳力的数值研究

采用数值计算的方法研究了非球形颗粒在气固两相流动中所受的曳力,在Re＜100的条件下对流经3种具有典型几何特征的非球形颗粒（正方体、圆柱体和圆台体）的流体流动进行了详细的数值计算.通过比较计算结果与文献中所推荐的3种曳力系数修正关系发现：Ganser方法与本文计算结果符合最好.通过对两种不同颗粒摆放条件的流动进行计算发现：对于不同的颗粒与来流角度,非球形颗粒所受到的曳力具有较大的差别.     

流体沿平壁流动的曳力系数

DRAGCOEFFICIENTFLOWOVERAFLATPLATE1前言当流体流过壁面时，就壁面而言，它受到流体的曳力。曳力系数与对流传热系数和传质系数一样，是在计算传递速率时首先要确定的传递系数，它们都是雷诺数的函数，三者又可以类比。因此，可由一个已知的传递系数去预测另一个未知的传递系数。在传递过程研究中常通过动员传递中易于求得的曳力系数估算对流传热系数与传质系数。本文针对文献中存在的不足，进行透彻的分析，推导出精确计算流体沿平壁流动时平均曳力系数的公式，供设计计算以及深入研究三传类比时参考与应用。2公式推导2．三…     

不同曳力模型及颗粒碰撞恢复系数对短接触旋流反应器内气固流场的影响

为考察曳力模型和颗粒碰撞恢复系数对短接触旋流反应器内流动特性的影响,基于双流体模型,结合颗粒动力学理论,对反应器内气固两相流场进行模拟研究。分别采用Gidaspow、WenYu和Syamlal-O’Brien 3种曳力模型,考察颗粒速度特性以及固含率径向分布。对比分析不同曳力模型的计算结果表明,Syamlal-O’Brien模型计算结果与实验结果误差较大,WenYu模型在反应器边壁附近区域的计算结果误差较大,Gidaspow模型计算结果与实验结果最为吻合。此外,颗粒碰撞恢复系数较小时,所得计算值小于实验测量值,当恢复系数为0.95时颗粒扩散效果最好,计算结果与实验数据吻合度最高。     

不同曳力模型及颗粒碰撞恢复系数对短接触旋流反应器内气固流场的影响

为考察曳力模型和颗粒碰撞恢复系数对短接触旋流反应器内流动特性的影响,基于双流体模型, 结合颗粒动力学理论,对反应器内气固两相流场进行模拟研究。分别采用Gidaspow、Wen & Yu和Syamlal-O’Brien 3种曳力模型, 考察颗粒速度特性以及固含率径向分布。对比分析不同曳力模型的计算结果表明,Syamlal-O’Brien模型计算结果与实验结果误差较大,Wen & Yu模型在反应器边壁附近区域的计算结果误差较大,Gidaspow模型计算结果与实验结果最为吻合。此外,颗粒碰撞恢复系数较小时,所得计算值小于实验测量值,当恢复系数为0.95时颗粒扩散效果最好,计算结果与实验数据吻合度最高。     

采用改进的曳力模型模拟2D鼓泡流化床的流化特性

针对特定颗粒浓度范围颗粒团聚作用导致的曳力下降问题,基于传统曳力模型在不同颗粒浓度段的特性分析,选择适用于不同颗粒浓度区间的曳力模型,通过光滑函数得到改进的曳力模型,并耦合欧拉双流体模型对2D鼓泡流化床进行数值模拟. 结果表明,与Gidaspow和Syamlal-O'Brien模型相比,改进的曳力模型对床层局部压降的预测结果更好;随表观气速增加,改进的曳力模型能更准确地预测床层膨胀;当表观气速Ug=0.46 m/s时,改进的曳力模型对径向颗粒浓度分布的模拟结果明显好于Syamlal-O'Brien模型.     

气固流化床介尺度结构形成机制及过滤曳力模型研究进展

气固流化床中,介于颗粒与宏观尺度间的复杂的时空多尺度结构（介尺度结构）将完全改变气固相间作用规律,加大了流态化系统调控及预测的难度。为此,需要构建考虑结构影响的相间本构关系。其中,曳力作为影响流态化动力学特征的主导因素,对其研究尤为重要。从结构产生演化的机制出发,概述结构影响曳力的机理,以模型构建流程的角度对结构和过滤两类模型进行总结,并重点综述过滤模型构建在提升准确性、有效性、通用性和考虑更多物理机制方面的最新进展。研究表明：提升模型通用性和考虑真实系统中更丰富的物理机制仍是建模中亟待解决的问题,结合结构演化机制理性建模和充分发挥机器学习数据分析处理优势或是曳力建模进一步发展的关键。     

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。     

液固流态化动态过程中相间作用力的数值模拟及实验验证

选择恰当的相间作用力模型是液固流态化动态特性CFD建模的关键。首先采用Richardson-Zaki关联式验证了稳态操作条件下整体固含率的实验结果,然后在基于颗粒动理学理论的欧拉-欧拉双流体模型中比较了Wen-Yu、Gidaspow、Syamlal-O’Brien、Dallavalle和TGS 5个曳力计算公式对液固流化床收缩和膨胀特性的数值模拟结果,进而探讨了Moraga等提出的升力模型影响行为及主要相间作用力影响机制。与实验测量数据比较结果表明：收缩过程中Syamlal-O’Brien和TGS曳力模型对响应时间预测较为准确,TGS曳力模型对整体固含率的预测精度较高;膨胀过程中TGS曳力模型对响应时间和整体固含率的预测优于其他模型。整体而言,基于静止颗粒群绕流直接模拟得到的TGS曳力模型忽略了颗粒-颗粒相互作用,与液固散式体系中颗粒动力学特性相符合。升力模型对动态特性模拟结果影响较小,CFD模拟时根据选择体系可予以适当忽略。     

基于MP-PIC方法改进EMMS/DP曳力模型

改进了面向离散粒子法的能量最小多尺度曳力模型(EMMS/DP)的颗粒参数生成方式,并将非均匀因子(HD)与固相浓度和滑移速度关联以考虑介尺度结构动态效应的影响,用改进的EMMS/DP模型与多相流质点网格模型(MP-PIC)耦合模拟气固两相流提升管系统,模拟结果与实验值吻合很好,考察了MP-PIC方法的网格无关性和粗粒化模型参数.