一种颗粒流体两相流反应器内流动参数分布的测量方法技术

本发明专利技术提供一种颗粒流体两相流反应器内流动参数分布的测量方法，所述方法将极值多尺度结构模型与多相流模型相结合，并基于力平衡构建了稳态下的非线性方程组，不再引入加速度等变量，只需通过使用一次极值条件即可获取最优解，不仅计算过程更简便，而且具有操作条件的通用性和流域的普适性，同时具有计算精度高的优点，能够准确预测两相流反应器内的流动分布，并掌握反应器内部规律，从根本上保障设计、运行、控制与放大。

A measurement method of flow parameter distribution in particle fluid two-phase flow reactor

【技术实现步骤摘要】
一种颗粒流体两相流反应器内流动参数分布的测量方法
本专利技术涉及颗粒流体两相流反应
，尤其涉及一种颗粒流体两相流反应器内流动参数分布的测量方法。
技术介绍
颗粒流体两相流广泛存在于能源、化工、冶金和环境工业中。颗粒流体两相流中的非线性非平衡相互作用，如颗粒和流体间的曳力相互作用、颗粒与颗粒之间的碰撞和摩擦等导致两相流动中呈现出气泡和聚团等复杂的非均匀结构。这些非均匀结构对于工业反应器内的压降分布、颗粒通量、传质和传热效率及反应转化率等有明显的影响。传统未考虑非均匀结构的气固相互作用曳力系数通常比真实的曳力系数高1至3个数量级。因此，准确预测颗粒流体两相流反应器内的流动结构和参数分布对颗粒流体两相流的设计、运行、控制与放大等至关重要。两相流的相间曳力预测方法是实现这一工作目标的核心内容之一。传统的颗粒流体两相流中的相间曳力系数通常采用基于固定床压降外推关系的Ergun曳力关系式或者基于散式流态化的实验经验关联的Wen&Yu曳力系数。这种计算方式被绝大多数研究者和实践者采纳，并被国际上通行的计算流体力学(CFD)软件ANSYS本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种颗粒流体两相流反应器内流动参数分布的测量方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：/n(1)根据流体的物性参数和操作条件，初始化流场和边界条件；/n(2)计算各空间微元内的质量守恒方程和动量守恒方程，读取所述空间微元内的速度分布和浓度分布；/n(3)根据反应器内的气相表观速度U

【技术特征摘要】
1.一种颗粒流体两相流反应器内流动参数分布的测量方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)根据流体的物性参数和操作条件，初始化流场和边界条件；
(2)计算各空间微元内的质量守恒方程和动量守恒方程，读取所述空间微元内的速度分布和浓度分布；
(3)根据反应器内的气相表观速度Ug和颗粒相表观速度Up，计算得到满足稳态下质量非线性方程组和动量非线性方程组的变量的根的组合，所述变量中不包括加速度；
(4)从步骤(3)所述变量的根的组合中找到满足极值条件的最优根，并根据最优根计算非均匀结构因子和曳力系数；
(5)将步骤(4)得到的曳力系数代入步骤(2)中替换原有的曳力系数，转到步骤(2)进行迭代计算，所述迭代计算的终止条件为：所述速度分布和浓度分布满足质量非线性方程组和动量非线性方程组的收敛标准。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述计算的工具包括多相流模型计算代码或商业化计算流体力学软件；
优选地，所述质量守恒方程为计算工具中的质量守恒方程；
优选地，所述动量守恒方程为计算工具中的动量守恒方程。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述空间微元内的速度分布和浓度分布用参数ug，up和εg表示；
其中，ug表示空间微元内的流体真实速度，up表示空间微元内的固体真实速度，εg表示微元内平均空隙率。


4.根据权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述稳态下的质量非线性方程组包括方程组(1)：



其中，f表示密相体积分数，Ugc表示团聚物密相流体速度，Ugf表示稀相流体速度，Upc表示团聚物密相颗粒速度，Upf表示稀相颗粒速度，εgc表示团聚物密相空隙率，εgf表示稀相空隙率；
所述稳态下的动量非线性方程组包括方程组(2)：



其中，mc表示密相颗粒数密度，Fdc表示密相曳力，mi表示聚团数密度，Fdi表示相间曳力，ρp表示颗粒密度，ρg表示气体密度，mf表示稀相颗粒数密度，Fdf表示稀相曳力，g表示重力加速度；
所述密相曳力Fdc的定义式为：
所述相间曳力Fdi的定义式为：
所述稀相曳力Fdf的定义式为：
其中，CDc表示密相曳力系数，CDi表示相间曳力系数，CDf表示稀相曳力系数，Usc表示密...

【专利技术属性】
技术研发人员：田于杰，王维，鲁波娜，李飞，李静海，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11