基于LES/FDF的颗粒碰撞理论及其在浓相气固多相流中的应用

摘要

浓相气粒两相流动经常应用于工业气固反应器中。由于气固流化床具有良好的热传导和质量输运特性,气固流化床常用于化工,石油,冶金,环境和能源工业。研究流化床不仅是学术兴趣,对于设计工业反应器有非常重要的贡献。
　　 本文基于Lagrangian方法,将概率密度函数(Probability Density Function,PDF)用于推导颗粒所见流场的滤波密度函数(Filtered Density Function,FDF)输运方程,并于大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)方法相结合,提出了基于动量双向耦合的LES/FDF模型。将LES/FDF模型模拟后台阶气固两相流动,所得颗粒的空间分布与实际情况相符。在定量方面,颗粒平均速度和脉动速度都与实验吻合的很好,这表明LES/FDF模型能够很好的模拟时均场。同时还讨论了不同颗粒Stokes数对湍流强度的影响,发现Stokes数能够改变气体的湍流强度,但是没有明显的规律,在不同流场条件下增大Stokes数可能增强湍流强度也可能减小湍流强度。
　　 在LES/FDF基础上,本文推导了随机颗粒随机碰撞模型。在使用统计方法的基础上选取样本颗粒和颗粒碰撞对,根据动力学理论计算碰撞概率。模型的优点是不需要知道样本颗粒周围颗粒的信息,能够大量的减少搜索时间。然后将建立的模型模拟二维和三维气固流化床,并将所得结果与实验进行对比。