基于EMMS曳力模型的提升管进料混合段模拟.docx

基于EMMS曳力模型的提升管进料混合段模拟
摘要：
本文基于EMMS曳力模型，建立了提升管进料混合段模拟模型。首先探究了提升管进料混合段的工作原理和影响因素，然后对EMMS模型进行了详细的介绍和分析。在此基础上，根据提升管进料混合段的实际工况，选择合适的双周期模型进行模拟，并对模拟结果进行了分析和比较。结果表明，EMMS曳力模型可以有效地模拟提升管进料混合段的工作过程，提高模拟精度和效率，对提升管的优化设计和运行管理具有重要意义。
关键词：EMMS曳力模型，提升管，进料混合段，模拟与分析
1.引言
提升管是工业生产中常用的升运设备，在矿业、化工、能源等重点工业领域有着广泛的应用。其主要作用是将物料从低处输送到高处，以实现物料的升运和分级。然而，由于物料在提升管内的复杂运动状态和高速气固两相流的复杂相互作用，在提升管的进料混合段中常常出现物料不充分混合、分布不均等问题，影响了提升管的输送效率和安全运行。
为了研究提升管进料混合段的运行状态和优化设计，需要进行精确的模拟和分析。在众多的计算方法中，EMMS曳力模型凭借其精度高、适用范围广等优势，成为了研究提升管进料混合段的主要方法之一。本文基于EMMS曳力模型，着重探讨了提升管进料混合段的工作原理和模拟分析方法，为提高提升管的输送效率和优化设计提供理论支撑。
2.提升管进料混合段的工作原理与影响因素
2.1工作原理
提升管进料混合段是提升管输送过程中的核心部分，其主要作用是将物料彻底混合，确保物料进入提升管后流动状态的均匀性和稳定性。提升管进料混合段一般由静态混合器和动态混合器组成，两者的作用相互补充，能够实现物料的全面混合。
静态混合器一般采用“T”型、蝶形、双式等多种形式，其主要作用是通过改变物料的流动方向和速度，达到物料的混合目的。静态混合器的优点是结构简单，维护方便，但其混合效果受物料流动状态、结构参数等因素的影响比较大，难以满足高要求的混合要求。
动态混合器采用转子振荡、喷淋、螺旋等方式，通过机械作用和水力作用将物料混合起来。动态混合器的优点是混合效果好、可调性强，但其结构复杂，易损坏，维护不方便，同时也存在能耗较高的问题。
提升管进料混合段的混合效果不仅与混合器的结构类型相关，同时还与物料性质、流速、悬浮物浓度等因素有关。因此，在提升管进料混合段的选型和设计中，需要考虑到工艺、环境、成本等多重因素，综合评估各种因素的影响，选择最优方案。
2.2影响因素
提升管进料混合段的混合效果受多种因素的影响，以下对几个重要因素进行分析：
(1)物料性质：物料的密度、粘度和流动性等参数会直接影响物料的流动状态和混合效果。例如，密度差异较大的物料在静态混合器中的混合效果常常不如其它物料。
(2)物料流速：物料的流速不仅会对混合器的结构造成影响，而且会直接影响物料出口的流动状态和速度分布。如何通过调节物料流速实现物料的均匀混合，是提升管进料混合段设计的一个重要问题。
(3)悬浮物浓度：提升管内吸附物的浓度会影响物料的粘附和运动状态，进而影响混合效果。因此，在设计提升管进料混合段时需要考虑吸附物的种类和含量。
3.EMMS曳力模型的详细介绍和分析
3.1EMMS曳力模型的基本原理
EMMS曳力模型是一种用于计算气-固两相流与壁面摩擦作用的模型，其主要应用于流态化床、提升管等大规模气-固两相流动系统的模拟和优化设计。EMMS模型的基本假设是：在气-固两相流动中，气相间的相互作用比较弱，固相间的相互作用比较强，因此需要分别计算气相和固相的运动方式及其相互作用。
EMMS模型的主要特点如下：
(1)将气相和固相分别看作连续介质，在计算过程中先算速度、再算质量分数和压力等参数。
(2)采用两个物质的“双周期”结构模型，即“快周期”和“慢周期”，分别模拟气相和固相的运动状态。
(3)基于“流片”概念建立气相紊流模型，描述壁面摩擦作用和气固两相交换功率的变化规律。
EMMS模型将气固两相看作是相互耦合的，通过建立气相紊流模型和固相运动模型，可以对气-固两相流在提升管中的各种物理和化学反应进行模拟和计算。
3.2EMMS曳力模型的应用
EMMS曳力模型是一种较为通用的气-固两相流动模型，在提升管进料混合段的模拟中，也被广泛应用。根据实际情况，可以选择不同的EMMS模型，如DEM-EMMS模型、DNS-EMMS模型或者LES-EMMS模型等。通过对提升管进料混合段的运动状态进行建模和计算，可以精确预测管内物料的分布、混合情况和运动轨迹，为提升管的优化设计和运行管理提供了有力的支持。
4.提升管进料混合段模拟研究
4.1模型选择和建立
根据提升管进料混合段的实际情况和EMMS模型的特点，选择了DEM-EMMS模型进行模拟研究。DEM-EMMS模型主要用于计算颗粒的运动状态和两相界面的互动特性，可以较为准确地