密相输运床气固两相流动实验及数值研究.docx

密相输运床气固两相流动实验及数值研究
密相输运床气固两相流动实验及数值研究
摘要
密相输运床是一种常用于化工和能源领域的气固两相流动装置。为了探究密相输运床中气固两相流动特性及其影响因素，本研究开展了基于实验及数值模拟的研究工作。实验采用透明的立方体密相输运床，对床层高度、气体流速、固体颗粒大小等影响因素进行了变化，观察了气固两相流动的形态和特征。基于离散相模型，采用ANSYSFluent软件进行了数值模拟，得到了床层内部的气固两相流动参数分布与流场特征。研究发现，在低速流动和小颗粒粒径条件下，气固两相流动呈现出明显的分层结构，随着气体流速和颗粒粒径的增加，分层情况逐渐减弱。数值模拟结果与实验数据较为吻合，验证了数值模型的可行性。
关键词：密相输运床；气固两相流动；实验研究；数值模拟
Abstract
Fluidizedbedisacommonlyusedgas-solidtwo-phaseflowdeviceinchemicalandenergyfields.Inordertoinvestigatetheflowcharacteristicsofgas-solidtwo-phaseflowinfluidizedbedanditsinfluencingfactors,thisstudyconductedaresearchworkbasedonexperimentalandnumericalsimulation.Theexperimentusedatransparentcubicfluidizedbedtoobservethemorphologyandcharacteristicsofgas-solidtwo-phaseflowundertheinfluenceofbedheight,gasflowrate,andparticlesize.Basedonthediscretephasemodel,ANSYSFluentsoftwarewasusedfornumericalsimulation,obtainingthedistributionofgas-solidtwo-phaseflowparametersandflowfieldcharacteristicsinthebed.Thestudyfoundthatundertheconditionoflowgasflowrateandsmallparticlediameter,thegas-solidtwo-phaseflowshowedanobviouslayeredstructure,andthelayeredsituationgraduallyweakenedwiththeincreaseofgasflowrateandparticlediameter.Thenumericalsimulationresultswereingoodagreementwiththeexperimentaldata,verifyingthefeasibilityofthenumericalmodel.
Keywords:fluidizedbed;gas-solidtwo-phaseflow;experimentalstudy;numericalsimulation
1.研究背景和意义
密相输运床作为一种具有广泛应用的气固两相流动装置，在化工、石油、电力等领域中得到了广泛的应用。气固两相流动特性及其影响因素的研究对于提高密相输运床的效率和安全性具有重要意义。
目前，已有大量关于密相输运床气固两相流动的研究。Ayhan等(2019)通过数值模拟探究了床层压降与固体接触电阻之间的关系；Lu等(2017)研究了颗粒性质对气固两相流动稳定性的影响；李等(2018)结合实验和数值模拟分析了不同形态颗粒的床层空隙率分布和压降特征。然而，现有研究还存在一些不足，如考虑因素不全面、实验操作存在误差等。因此，对气固两相流动的特性及其影响因素开展更为深入的探究具有重要意义。
2.研究方法
2.1实验设备
本研究采用了一套立方体密相输运床实验装置，如图1所示。床层高度为20cm，底部为进气口，上部设有压力传感器和抽气口，底部设有固体颗粒进口。
图1立方体密相输运床实验装置
2.2实验步骤
在实验中，通过变化床层高度、气体流速、固体颗粒大小等影响因素，探究气固两相流动特性及其影响因素。实验中使用透明的玻璃颗粒代替实际固体颗粒，以方便观察气固两相流动的形态和特征。具体实验步骤如下：
1)将所需颗粒大小的透明玻璃颗粒放入底部进气口处；
2)开始通气，调节气体流量表到所需流量；
3)观察气固两相流动的形态和特征。
2.3数值模拟
本研究采用ANSYSFluent软件进行数值模拟，基于离散相模型，模拟了床层内部的气固两相流动。通过