一种液固流化床CFD曳力模型的确认方法技术

本发明专利技术公开了涉及流化床多相流CFD模拟领域的一种液固流化床CFD曳力模型的确认方法。基于对颗粒群体系中单颗粒的受力分析建立力学方程，结合CFD曳力模型表达式，求出床内颗粒体积浓度，并将其与实验测量值进行比较，最终确认出适用于该物性参数和操作条件下的最佳CFD曳力模型。该方法通过理论计算替代CFD计算，在确保准确性的前提下，克服了当前液固流化床CFD模拟中曳力模型的确认耗费大量时间与计算资源的弊端；同时也实现了对多个CFD曳力模型的确认。

【技术实现步骤摘要】
一种液固流化床CFD曳力模型的确认方法
本专利技术涉及流化床多相流CFD(ComputationalFluidDynamics)模拟领域，公开了一种液固流化床CFD曳力模型的确认方法。
技术介绍
由于具有良好的颗粒混合特性以及较高的传热传质效率，液固流化床的应用几乎遍及整个过程工业，包括了化工、能源、矿业、环保以及生化等领域。在这些应用中，颗粒流体多相流显著影响着床中的传热传质与化学反应等过程，其居于基础地位；因此，深刻理解床内流体动力学特性对液固流化床的操作、设计、优化以及放大起到至关重要的作用。液固床内流体动力学的研究主要分为实验和CFD模拟两类。实验法是对物理真实的直观记录，获取数据可信度高，但其成本巨大，耗费大量的时间与人力、物力，而且实验测量存在较大的时空局限，往往难以获得全面而细致的流场信息。CFD技术是通过有限差分或者有限体积法将描述流体运动的偏微分控制方程离散后，利用计算机进行数值求解，得到压力、速度等信息，实现流场的再现，从而揭示出流体的流动特征和演化规律。与实验研究相比较，CFD模拟的固有优势在于其不受实验测量技术的限制，可以高效而低成本地获得宏观流动特征与微观流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液固流化床CFD曳力模型的确认方法，其特征在于，基于对颗粒群体系中单颗粒的受力分析建立力学方程，结合CFD曳力模型表达式，求出床内颗粒体积浓度，并将其与实验测量值进行比较，最终确认出适用于该物性参数和操作条件下的最佳CFD曳力模型。

【技术特征摘要】
1.一种液固流化床CFD曳力模型的确认方法，其特征在于，基于对颗粒群体系中单颗粒的受力分析建立力学方程，结合CFD曳力模型表达式，求出床内颗粒体积浓度，并将其与实验测量值进行比较，最终确认出适用于该物性参数和操作条件下的最佳CFD曳力模型。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，具备包括如下步骤：步骤一、给定初始条件；步骤二、对单个颗粒受力分析，建立力学方程；步骤三、将步骤一给定的初始条件代入步骤二所得的方程中，解出单颗粒所受曳力；步骤四、将步骤三所得曳力代入待确认的CFD曳力模型中，解出颗粒体积浓度；步骤五、将步骤四所得颗粒体积浓度与颗粒体积浓度实验值进行比较，最终确认出适用于该体系下的最佳曳力模型。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤一的初始条件包括：物性参数：颗粒直径dp，颗粒密度ρp，流体密度ρf，流体动力粘度μ；操作条件：表观速度u0；以及在表观速度u0条件下，实验测得的颗粒体积浓度φ。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述步骤二中，液固流化床内的单个颗粒仅受重力G、浮力Fb和曳力Fd，其平衡方程为：G＝Fb+Fd(1)。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述步骤三中，对于颗粒所受浮力的表述为：颗粒在悬浮液中所受浮力等于其自身体积与悬浮液混合密度的乘积，即：因此，单个颗粒所受曳力的表达式为：其中，Fb和Fd分别为浮力和曳力，dp代表颗粒直径，ρp代表颗粒密度，ρf代表流体密度，φ为实验所得颗粒体积浓度，g代表重力加速度。6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述步骤四中，曳力模型表征的是单位体积内颗粒受到的总曳力；因此需要先计算单位体积内的颗粒个数N，再将N与步骤3所得的单颗粒曳力相乘；详细计算过程如下：NFd＝βur(4)其中，ur和u0分别为相间滑移速度和表观速度；β为动量交换系数，是关于颗粒体积浓度和颗粒雷诺数的函数，具体形式由曳力模型给出；将得到的Fd、N和ur代入至曳力模型，即动量交换系数β，最终解出颗粒体积浓度。7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)给定初始条件，其包括：物性参数：颗粒直径dp，颗粒密度ρp，流体密度ρf，流体动力粘度μ；操作条件：表观速度u0；以及在表观速度u0条件下，实验测得的颗粒体积浓度φ；2)对单个颗粒进行受力分析，一般将液固流化床床层近似为液固悬浮液，因此床内颗粒仅受重力、浮力和流体所施加的曳力，且处于三力平衡状态；进一步建立力学...

【专利技术属性】
技术研发人员：张锴，张仪，关彦军，白玉龙，曲江源，齐娜娜，滕阳，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京,11