濕顆粒流態化過程機理與數理建模研究

《濕顆粒流態化過程機理與數理建模研究》是依託東南大學，由袁竹林擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：濕顆粒流態化過程機理與數理建模研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：袁竹林
• 依託單位：東南大學

中文摘要

濕顆粒流化床在能源化工領域有廣泛的套用背景，但目前對濕顆粒流態化過程機理尚缺乏系統認識，特別是在微尺度顆粒間的相互作用、介尺度顆粒聚團等方面，機理不明。與乾顆粒相比，濕顆粒流態化具有自身的特點與難點。本研究擬針對 “濕顆粒流態化過程中的多尺度運動機理及模型”這一核心科學問題，構建動態液橋力測量、單顆粒-濕表面碰撞、濕顆粒流態化實驗系統；結合實驗測量與理論分析，建立流態化濕顆粒間相互作用核心數理模型—動態液橋力模型；在此基礎上，發展適用於濕顆粒流態化研究的湍流—離散顆粒元數值模擬方法，研究濕顆粒流態化過程機理。本項目有良好的前期工作基礎，有望在揭示濕顆粒流態化過程機理的同時，也形成具有創新性的實驗和數值模擬方法，豐富氣固兩相流研究手段，促進濕顆粒流化床設計最佳化技術的發展。

結題摘要

濕顆粒流態化系統廣泛存在於能源、環保、化工、食品、製藥等領域。近年來，在國家戰略新興產業中，出現的許多新工藝也都涉及了濕顆粒流態化技術。濕顆粒的流化行為較乾顆粒要更加複雜，是當前多相流研究的熱點問題。本研究從實驗和數值模擬研究兩個方面，以流化床為研究對象，對濕顆粒的流化特性進行了系統深入的研究。建立了濕顆粒流化床實驗系統，開展了Geldart-D類濕顆粒的流化實驗，研究得到了濕顆粒流化過程的流型特徵；揭示了濕顆粒流化床壓降、最小流化速度等重要流動特性參數與操作參數之間的變化規律的變化規律；對濕顆粒混合特性進行了系統研究，獲得了操作參數和物性參數對異重濕顆粒混合行為的影響規律，提出了一種能夠預測異重濕顆粒分離趨勢的理論模型。建立了可視化濕顆粒振動流化床實驗系統，開展了寬含液量範圍內濕顆粒振動流化床流動結構及其轉變規律的研究，獲得了不同振動強度、顆粒粒徑、床層含液量條件下濕顆粒振動流化床的流型特徵；開展了振動強度、含濕量、粒徑、床層高度對濕顆粒振動流化床重要流動特性參數影響的研究，包括床層壓力脈動特性、床層壓降特性、最小流化速度等；結合理論分析與實驗結果獲得了D類濕顆粒最小振動流化速度的計算關聯式。對比分析了已有常用濕顆粒間作用力模型，揭示了傳統cohesive force模型在模擬濕顆粒流動時的不足，提出了適用於濕顆粒的改進型cohesive force模型，並基於液橋力理論，建立了不同條件下該模型關鍵參數的計算方法。圍繞改進型cohesive force模型，發展了能夠用於濕/粘顆粒流態化仿真的CFD-DEM數理模型，以噴動床為例，成功實現了濕/粘顆粒的噴動過程的三維模擬，定量的分析了粘性力量級、粘性力作用距離對噴動特性的影響，揭示了粘性力對噴動流型、顆粒速度、顆粒分布、顆粒循環速率等重要噴動特性的影響規律，實現了微觀顆粒間受力與巨觀、介觀氣固流動現象、規律的關聯。