基于EMMS模型内置隔板流化床中气固两相流动的数值模拟研究

来源 :内蒙古科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chen406507025
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流化床作为效能最高的磁化焙烧反应器,促进了复杂难选铁矿石的高效利用,提高了低品位铁矿石的利用效率,因而在磁化焙烧技术中发挥着重要作用。磁化焙烧是典型的气固两相反应,研究流化床内气固两相流动特性对于认识和控制磁化焙烧工艺很有必要,其中的难点在于固相颗粒存在非均匀流动结构,基于颗粒悬浮输送能量最小的曳力模型(EMMS模型),建立了气固两相流系统的整体和局部参数与气固相间曳力的相互关系,并将其应用到双流体模型中,可以有效的解决这个问题。  将内置隔板流化床作为磁化焙烧的流化设备,实验研究发现竖直隔板的存在,可以有效的延长固体颗粒在流化床内的停留时间,但实验研究无法得到流化床内气固两相的流动状态。因此,通过数值模拟的方法去研究流化床内气固两相的流动规律,从而能够有效弥补实验研究的不足。以内置隔板流化床作为研究对象,将气固两相都看作是宏观上的连续介质,应用双流体模型对气固两相进行描述,气固相间曳力模型采用颗粒悬浮输送能量最小的曳力模型(EMMS模型),可以准确的对气固两相系统中颗粒相的非均匀结构进行描述。  在模型的准确性得到验证的基础上,对内置隔板流化床内气固两相流动规律进行了研究。研究了流化床内气固两相的速度分布规律、固相颗粒体积分数分布规律,并分析了不同粒径对固相颗粒体积分数分布的影响规律。结果表明:(1)局部固相颗粒体积分数较高,表明固体颗粒发生了团聚现象;固相颗粒体积分数呈现出“上稀下浓”和“核稀边密”的分布规律,且在高度方向的变化规律呈现出“S”形曲线;从而要求流化床内的反应温度低,以避免颗粒因聚团而粘结在一起。(2)流化床内存在固体颗粒的返混现象,且多个隔板的存在增强了流化床内的返混现象;在温度较低的条件下,要求反应时间长,而返混现象的存在延长了颗粒的停留时间。(3)随着颗粒粒径的减小,被气体携带进入高度 h=0.1~0.4m之间区域的固体颗粒增多,该区域内固体颗粒体积分数增加。研究结果可为理解磁化焙烧流化床内气固两相流动规律提供理论指导和工业上采用竖直隔板流化床进行磁化焙烧提供理论依据。
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