过程工程所建立基于结构曳力模型模拟鼓泡流化床的新思路

　　气固鼓泡流化床是工业中广泛应用的一种反应器。准确预测流化床内流体的流动行为具有较大的现实意义。当前用于气固流化床数值模拟的数学模型主要有双流体模型、颗粒轨道模型和流体拟颗粒模型。其中，双流体模型由于所占计算资源少，经常被用于模拟流化床内气体及颗粒的流动行为。然而，传统的双流体模型中，曳力系数是基于均匀结构的，这与流化床的非线性、不均匀结构特性相悖，极大地影响了模拟结果的准确性。这使得人们开始研究基于结构的曳力系数模型。但是对于结构曳力系数模型，在求解流化床内结构参数时，由于没有足够多的独立方程求解，在以往的研究中引入稳定条件来优化求解结构参数。 

　　近期，过程工程所朱庆山研究员领导的团队根据力的平衡及多尺度概念建立新的基于结构曳力系数模型，再通过力平衡、质量守恒及经典的经验公式如R-Z方程建立足够的独立方程，使得结构参数能够被封闭求解。然后，借助商业软件Fluent中的UDF功能，将上述方法嵌入到双流体模型中，对鼓泡流化床内的流体流动行为进行二维和三维模拟。通过对比鼓泡流化床轴向及径向颗粒浓度，发现使用此方法的模拟结果和实验结果一致，表明此方法具有较好的应用前景。 

　　上述相关研究得到国家重点基础研究发展计划（973项目，2009CB219904和2013CB632603）资助，相关研究结果发表在 Chemical Engineering Journal 杂志上。 

　　图1 三维鼓泡流化床中固体浓度径向分布对比 

　　（Drag S 新的结构曳力模型，Drag A 均匀结构曳力模型） 

　　  （流态化矿物焙烧创新团队  吕小林）