带内部构件的三维气固流化床CFD模拟及分析

摘要

流化床反应器是化工过程中最重要的生产设备之一，其优化设计一直是国内外学者研究的重要课题，因此开展流化床反应器优化设计的研究十分必要。
　　本文采用Fluent软件对气固流化床反应器进行了数值模拟，主要内容及结论包括:
　　1、本文根据常用流化床的实际工业结构，在简化的基础上选择建立了合适的物理模型，采用非稳态的欧拉多相流模型对建立的物理模型进行数值模拟，并把数值结果与实验结果、理论计算结果和实验现象进行对比，三者吻合良好，从而验证了选用模型的合理性。
　　2、比较了三种不同曳力模型在描绘床层流化状况时的差异，并与实验结果进行了比较，结果表明采用Wen-Yu曳力模型时，床层膨胀比和平均空隙率均比较大，固体颗粒分布也比较均匀，但是床层压降波动比较大，床层不稳定，而其他两种模型的结果比较接近，其中Gidapow曳力模型在描绘颗粒分布的均匀性以及床层稳定性方面表现与实验结果吻合良好，而另外两个模型则误差相对较大。
　　3、本文采用验证后的模型对带内部构件的三维气固流化床内气固流化状况进行了数值模拟，考察了挡板构件的型式、安装高度、叶片角度以及挡板厚度对床层气固流化状况的影响，得到以下结论:
　　(1)数值结果显示无论何种型式的挡板构件都能够明显改善床层内气固流化状况，说明挡板构件具有均匀分布固体颗粒，破碎气泡，减小固体颗粒返混的作用，而且能够显著改善甚至避免床层中出现的大气泡、腾涌等异常现象。
　　(2)多旋型式的挡板对床层气固流化的改善作用更显著，更有利于床层中固体颗粒流态化，均匀分布固体颗粒，改善气固接触。
　　(3)水平挡板安装在床层密相区中部(0.2m)位置时，整个床层内固体颗粒分布均匀，床层膨胀比大，而且床层的平均空隙率波动小，因此，挡板构件合理的安装位置应当是床层密相区的中部位置，与有关文献报道的结果一致。
　　(4)挡板的结构规格也是影响挡板作用的重要参数，当叶片角度为45°，厚度为25mm时，床层内固体颗粒分布均匀而且床层具有较大的膨胀比，此时床层流化质量比较好。
　　挡板构件能够显著改善床层内气固流化状况，是影响流化床反应器性能的重要因素之一。

目录

声明

摘要

1 文献综述

1．1 流化床反应器的研究进展

1．1．1 流化床反应器的发展现状

1．1．2 流化床反应器的研究热点

1．1．3 流化床反应器中数学模型的研究进展

1．1．4 流化床反应器的设计

1．1．5 流化床反应器中常见的异常现象及处理方法

1．1．6 流化床反应器发展趋势

1．2 计算流体力学

1．2．1 CFD技术的应用现状

1．2．2、CFD商用软件研究进展

1．3 多相流模型

1．3．1 多相流的定义

1．3．2 CFD中的多相流模型

1．4 选题的目的及意义

2、三维均匀布气气固流化床反应器的数值模拟

2．1 模拟模型的建立

2．1．1 创建物理模型

2．1．2 创建数学模型

2．2 模型验证

2．3 本章小结

3、带内部构件的气固流化床的数值模拟

3．1 模型的建立

3．1 创建模型

3．2 曳力模型的选择

3．2．1 曳力模型

3．2．2 曳力模型对床层流化的影响

3．3 内部构件对床层流化质量的影响

3．3．1 挡板的影响

3．3．2 挡板型式的对流化的影响

3．3．3 挡板高度的影响

3．3．4 挡板叶片角度的影响

3．3．5 挡板厚度的影响

3．4 本章小结

4 结论

4．1 总结

4．2 研究成果及结论

4．3 展望

参考文献

附录

致谢

个人简历