【摘 要】
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气-液-固三相流化床因具有良好的热、质传递效率和固体颗粒混合特性而被广泛应用于许多工业过程.其流体力学特性对多相反应过程有重要影响,进一步开展对流体力学特性的研究,
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气-液-固三相流化床因具有良好的热、质传递效率和固体颗粒混合特性而被广泛应用于许多工业过程.其流体力学特性对多相反应过程有重要影响,进一步开展对流体力学特性的研究,根据流动的具体情况,建立简单、合理的数学模型,对三相床的设计、放大和提高其性能具有重要意义.根据气-液-固三相流动中存在多尺度结构的特点,即液体-固体颗粒之间的微尺度作用、离散气泡和气泡尾涡与液-固拟均匀介质之间的中尺度作用,及三相介质和床边界(壁面、出入口等)之间的宏尺度作用,结合气-液-固三相能量最小-多尺度模型(EMMS)和三相拟流体模型,对三相系统进行了数值模拟研究工作:首先,进一步完善了气-液-固三相EMMS模型.在三相床中,紧跟气泡后面的气泡尾涡在动力学上是与其周围液-固介质明显不同的相.在前人工作的基础上,本文把气泡尾涡相从液-固相中进一步分离出来,依据多尺度方法学的一般步骤,对三相床进行多尺度分解,建立每个尺度上的守恒条件和不同尺度上的联系,假设由气泡浮力作功转化而来的湍流动能是控制三相床内最大稳定气泡直径的主要因素,提出气-液-固三相之间相互协调的稳定性条件,建立了三相EMMS模型.在较广泛的实验条件下进行的检验表明,该模型可较好地预测三相床总体动力学参数.其次,根据三相床多尺度流动的特点,采用尺度分解的方法,修正了三相拟流体模型中相间动量传递的阻力公式,考虑了第三相的加入对其余两项相互作用的影响.把微尺度的固体颗粒对离散气泡与液体的中尺度作用的影响归结为对液-固拟均匀流体物性,如粘度和密度的修正,把中尺度的离散气泡对颗粒-液体之间的微尺度作用的影响修正为无气泡存在时的有效体积分率进行计算.再次,把EMMS模型和三相拟流体模型相结合,利用它们各自的优势,完善三相床的CFD模拟.利用EMMS模型得到床内的平均气泡直径是拟流体模型中描述相间动量交换必不可少的参数,解决了拟流体模型的封闭性问题.利用三流体模型可以求得流场的详细信息和宏观流动结构,克服了三相EMMS模型目前只能得到总体动力学参数的局限.
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