·136 北京科技大学学报 2004年第2期 在势能最小的稳定平衡状态，在不均匀两相流动 的聚合力实质上是增加单位颗粒与气体接触面 中，流体用于悬浮和输送颗粒的能量总是趋于最 积所消耗的气体悬浮输送能，从这一物理意义出 小.与表面张力的物理意义相类似，单位长度上 发，理论推导可以得到： "ara-oj-al" 1π 1-el t= L36 c门上ca 461-e) 461-ee) (1) Id, 式中，c为稀相区颗粒空隙率，8为浓相颗粒密集 (3)碰撞模型. 团内的空隙率，为浓相颗粒密集团的当量直径， 最终合并概率为f-fw一pk ∫为颗粒密集团在流场中的体积分数，d,为单个颗 碰撞后分开的概率为1-，f>0 粒的直径，C,C2分别为稀相区和浓相颗粒团区的 颗粒团破碎A<0. 气流折算阻力系数 其中，f=1-0.246Rego7L%4g27, 1.2气相控制方程 0.00446A Ou= 以轴对称问题为例，气相连续相的通用形式 11.85(0.014)4=Reei 的控制方程表示如下： Re,-2e-以Ln225,4=7 apwyr(eme) We,=2rp(v-v) T r斜s+。 ∂ (2) (4)碰撞动量 式中，中表示气相因变量包括速度、温度、气相组 J.=-(1+e)(Vi-V)mom mo+m 分、湍动能、耗散率等：e为当地空隙率，其中e =1-NVP,V,为当地网格体积，N,为该网格内 J=-(1+eV。-)mm mo+ms 颗粒总数，为单个颗粒体积 (5)反应模型. 1.3颗粒相的控制方程 M=N4m-311 G3 tanhGsG 实验研究表明，颗粒团是由30~1000个颗粒 组成的直径小于1cm,团内颗粒体积分数一般为 2数值计算方法和应用实例 41%~50%的絮状物.团内颗粒之间、颗粒与气体 图1所示为采用欧拉坐标和拉格朗日坐标相 存在复杂的相互作用，但在每一时刻它作为一个 结合研究稠密气固两相反应流的计算流程.在计 整体在气动力的作用下运动，因此在计算中，每 算中首先计算单相流场达到粗收敛，然后在拉格 个时间步长△内将每个颗粒团视为流体团似的 朗日坐标下计算在积分时间△：内首先并行计算 整体，为离散相，采用颗粒轨道模型研究其经历， 所用的轨道，计算其运动经历与反应经历，在△ 在△时间末考虑△时间内发生的颗粒碰撞，判断 时间末考虑△1时间内发生的颗粒碰撞，对颗粒进 颗粒密集体的碰撞对象及碰撞概率，进而确定碰 行重新组团.如此反复直到所有的时间步长计算 撞后颗粒的速度.颗粒相的控制方程如下： 完，计算出颗粒相对流场的源相，再重复气相流 (1)运动方程 场的计算，两相耦合直到达到收敛.计算中气相 dusurtus us-g dr 流场的计算采用Simpler算法，数值计算采用 Guass--Seidel迭代法.颗粒团的运动方程的求解 dvevtvv d山r 0 采用Gill算法. x4=∫udt 本文的研究对象是清华大学煤燃烧国家重 点实验室中温干法循环流化床排烟脱疏装置，此 re=∫wdr 装置反应器内径0.203m,床高（布风扳到床顶） (2)碰撞概率. 5.350m,床温操作范围为400-800℃，床内平均 P,=4 风速一般在4.3-5.5m/s,取物料（煤粉灰）平均粒 式中，%，为网格内颗粒（团）的数密度，为颗粒团 径为80m.本文取悬浮区开始一段2.0m高的床 k的底面积，g5为相对速度，N为网格内的总颗粒 段为计算域，忽略入口段及出口段的周向不均匀 (团)数. 性，循环流化床内的流动可简化为轴对称问题。. 1 3 6 . 北 京 科 技 大 学 学 报 20 4 年 第 2 期 在势 能最 小 的稳 定平衡 状态 . 在 不均匀 两相 流动 中 , 流 体用于 悬浮 和输 送颗 粒 的能量 总 是趋 于最 小 . 与 表面 张 力 的物 理意 义 相类似 , 单 位 长 度上 的聚 合 力 实质上 是 增 加单 位 颗 粒 与气 体接触 面 积 所 消耗 的气体 悬 浮输送 能 . 从 这一 物理 意义 出 发 , 理论 推 导可 以得 到 , , : =脸睑巨￡坠到 . 二匿暖l兰吐f 些二创 + 臣挂胜 . 4 () LI 一 eE ) 4 6全些瑙 LI 一 氏 ) ( l ) l 磷 式 中 , 价 为稀 相 区颗 粒 空 隙率 , ec 为浓 相 颗粒 密 集 团内的 空 隙率 , l为浓 相颗 粒 密集 团的 当量直 径 , . 伪 颗粒密集 团在流场 中的体积 分数 , 姚为单个 颗 粒 的直径 , C t , G 分别 为稀相 区 和 浓相 颗粒 团区 的 气流 折算 阻力系 数 . 1.2 气 相控 制方 程 以轴对 称 问题 为例 , 气 相 连续 相 的通用 形 式 的控 制方 程表 示 如下 : l 瞬 (3 )碰 撞模 型环.] 最 终合 并 概 率为儿 = 瓜 一必.ck 碰撞 后 分 开 的概 率为 1一几 , 九>0 . 颗 粒 团破碎 左 < .0 其 中 , 瓜 二 1一 .0 2 46 R e急 40 , L淤勺劝278 , 备e(n , 妇导帅` , - 备卜畏片景.(r 静 、 +*s ck9 一 {黑乳 l , 丫。 , 一 *矜 :泪: 、 , 。 2 , #eR 班嚓剑 , ` 舞黔 。 , 一 今 呱卫喇誉业 . (4 )碰 撞动 量 . 式中 , 价表示 气相 因变量 包 括速 度 、 温 度 、 气 相 组 分 、 湍 动 能 、 耗 散率 等 ; : 为 当地 空 隙 率 , 其 中旬 = 1一戈 Vn/ 气 , 凡为 当地 网格 体 积 , 戈 为 该 网 格 内 颗 粒 总数 , 代为单 个颗 粒 体积 . 1 3 颗 粒相 的控制 方 程 实验 研 究表 明 , 颗粒 团是 由 30 一 1 0 0 个 颗粒 组 成 的直径 小 于 I c m , 团 内颗粒 体积 分 数一 般 为 4 1% 一 5 0% 的絮 状 物 . 团内颗 粒之 间 、 颗粒 与 气体 存 在复 杂 的相互 作用 , 但在 每 一 时刻它 作 为一个 整 体在 气 动力 的 作用 下运 动 . 因此 在计 算 中 , 每 个 时 间步 长 tA 内将 每 个颗 粒 团视为 流 体 团似 的 整 体 , 为离 散相 , 采用 颗粒 轨道 模 型研究 其经 历 , 在△t 时 间末考 虑△t 时间 内发 生 的颗 粒 碰 撞 , 判 断 颗粒 密集 体 的碰撞 对象 及碰 撞概 率 , 进 而确 定碰 撞 后颗 粒 的速度 . 颗 粒相 的控 制 方 程如 下 : ( l) 运动 方 程 . } ` 一“ ` e)( 凡 一 凡爸 } 沃一 ( ’ 十e )( 歼 r 一 瓜偏言孟 ( 5) 反 应模 型`, , . : 。 _ 、 了 , 。 _ 3N 械丫 1 1 、 、 一 脚 华二 = 管笋 (丽渝 一创 ’ 2 数值计 算方 法 和 应 用 实例 鲁班过瞥丛一: d vk = 咋+ 咙一 vk d t 氏 。 一 丁 u山 。 一 了叻 , (2 )碰 撞 概率 , , . 只二 丛丛幽些盆 N 式 中 , 畴为 网格 内j 颗粒 ( 团)的数密 度 , 凡为 颗粒 团 k 的底 面积 ,肠 为相 对 速 度 , N 为 网格 内的 总颗 粒 (团 )数 . 图 1所 示为 采用 欧拉 坐标 和拉 格朗 日坐 标相 结合 研 究稠密 气 固两 相反 应流 的计 算流 程 . 在计 算 中首先 计算 单相流场 达到 粗 收敛 , 然 后在 拉格 朗 日坐 标 下 计 算在 积 分 时 间配 内首 先 并行计 算 所用 的轨道 , 计 算其 运 动 经历 与 反应 经 历 , 在 △t 时 间末考 虑△t 时间 内发 生 的颗粒 碰撞 , 对 颗粒进 行 重 新组 团 . 如此 反 复直 到所有 的时 间步长 计算 完 , 计 算 出颗粒 相 对 流场 的源 相 , 再重 复 气相 流 场 的计算 , 两 相祸 合 直到 达 到收 敛 . 计 算中气相 流 场 的 计 算采 用 Slm Pl er 算法 , 数 值计 算采用 G u a s -s se ide l 迭代法 . 颗 粒 团 的运 动方 程 的求解 采 用 G il 算 法 . 本 文 的研 究对 象 是清 华 大 学 煤燃烧 国家重 点 实验 室 中温干 法循环流 化床 排烟 脱硫 装 置 , 此 装 置 反应 器 内径 0 2 03 m , 床 高 ( 布风 扳 到床顶 ) .5 3 5 0 m , 床温 操 作 范 围为 4 0 一8 0 ℃ , 床内平均 风 速 一般 在 .4 3一 5 . 5 耐 s , 取 物料 ( 煤粉 灰 ) 平 均 粒 径 为 80 脚 . 本 文取 悬 浮 区开 始一 段 .2 0 m 高的床 段 为计 算域 , 忽 略 入 口 段 及 出 口 段 的周 向不均 匀 性 , 循环 流化 床 内的流 动 可简化 为轴 对称 问题