鼓泡床模拟概要

1、稠密气固两相流动模拟鼓泡床流动计算讨论2012/4/18目录1. 欧拉-欧拉方法简介2. 计算条件3. 计算结果 3.1 有中心射流条件下鼓泡床计算结果 3.2 无中心射流条件下鼓泡床计算结果 3.3 定常流动计算结果4. 分析总结 欧拉-欧拉方法简介其基本假设是：1.流场中的每一位置，颗粒相与流体相共存并且相互渗透，且每一相具有各自的速度、温度。2.每一颗粒相在空间中具有连续的速度温度和容积分数的分布 3.颗粒相除与流体有质量和能量的相互作用外，还具有自身的湍流脉动4.对稠密颗粒悬浮体，颗粒碰撞会引起附加的颗粒粘性、扩散和热传导。 欧拉-欧拉方法（Eulerian Method）是将颗粒看成

2、是Euler坐标系中的拟流体，具备与流体相似的动力学特性，且与流体之间存在大滑移和颗粒扩散，并能充分考虑颗粒质量、动量及能量的湍流扩散，在不考虑相间质量交换的情况下，通过求解两相N-S方程进行计算。计算条件 2D鼓泡床计算几何模型实测的颗粒体积分数（t=0.4 s，右图为距中心线4mm处的颗粒体积分数轴向分布） 边界条件：无滑移； 气相按层流计算； 所有变量的迭代残差10-4，保证得到收敛解； 网格：结构化网格；数量和粗细自定，在参数变化剧烈处加密； 初场设定：用patch（补丁）命令预先给定气固两相的速度值（包括轴向和径向分量）。yx 多相流模型(Multiphase Model): Eul

3、erian 第一相 (Primary-phase): air 第二相 (Secondary-phase): glassbead参数英文名称选取结果粘性 Granular Viscositysyamlal-obrien体积粘性 Granular Bulk Viscosityun-et al摩擦粘性 Frictional Viscosityschaeffer内摩擦角 Angle of Internal Friction30deg摩擦压力 Frictional Pressurebased ktgf摩擦模数 Frictional Modulusderived径向分布 Radial Distributi

4、onlun et al弹性模量Elasticity Modulusderived堆积密度极限 Packing Limit0.63颗粒拟流体模型参数选取计算条件计算结果有中心射流条件下鼓泡床计算结果 (计算时间1.0s)0s0.1s0.2s0.3s0.4s0.5s0.6s0.7s计算结果有中心射流条件下鼓泡床计算结果0.8s0.9s1.0s 有中心射流时，可以从计算结果中清晰地观察到气泡的生成、长大以及上升至床面并破裂的过程，而且气泡的尾涡也十分明显。床面由清晰可见变为剧烈变动，气泡破裂过程中发生扬析和夹带。 在1s时间内，先后有34个气泡生成，气泡生成的频率约为4Hz。 由于模拟计算的理想化，

5、计算结果呈现高度对称性，这与实际结果是不相符的。实际过程中任何微小的扰动都可能消除这种对称性。计算结果有中心射流条件下鼓泡床计算结果 选取x=0.04m，0.14m和0.28m三个特征线，考察其静压分布随时间的变化。t=0.2st=0.4st=0.6st=0.8s计算结果有中心射流条件下鼓泡床计算结果 因为采用压力出口边界条件，因此出口压力一致。在鼓泡过程中，床层压差随之变化。值得注意的是，当气泡刚刚生成时，气泡附近的压力大于气泡远处的压力，颗粒有向外扩散的趋势；而当气泡已经生成时，气泡附近的压力小于气泡远处的压力，颗粒有向内填充的趋势。这一结论已通过其他时间的结果得到验证。 计算得到的颗粒浓

6、度分布与实验值相差极大。我觉得实验值存在问题，因为在t=0.4s时，刚刚形成一个大的气泡，颗粒浓度怎么会在气泡的位置会有一个很大的提升？0.00.10.20.30.40.50.60.00.20.40.60.81.0 Glassbead Volume Fraction Kuipers, 1990 CalculationY Position (m)无中心射流条件下鼓泡床计算结果计算结果0s0.2s0.4s0.6s0.8s1.0sug=1m/sug=2m/sug=5m/s无中心射流条件下鼓泡床计算结果计算结果 选取x=0.14m的特征线，考察不同平均气速下颗粒浓度分布随时间的变化。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无中心射流条件下鼓泡床计算结果计算结果 对于同一平均气速，随着时间的增加，床面逐渐升高，颗粒混合加剧，颗粒浓度从单峰分布转变为多峰分布。 随着平均气速的提高，床面升高加速， 对于气速为2m/s和5m/s的工况，大量的颗粒被吹出床体，尤其是后者，颗粒几乎被吹空。 与有中心射流条件下的工况类似，由于模拟计算的理想化，计算结果

9、呈现高度对称性，这与实际结果是不相符的。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定常流动计算结果计算结果 定常流动条件下，计算中无法实现收敛，残差始终维持在10-1上下。不同迭代步数下，得到的流场结果也不相同。这说明该条件下鼓泡床的气固两相流是无法收敛到一个定常的结果的。定常流动计算部分结果云图分析总结1.利用Eulerian两相流计算模型，对鼓泡床内气固流动进行了初步的模拟，分别得到了有中心射流和无中心射流工况下的床内气固分布、压力分