基于不同亚格子尺度过滤模型下提升管内颗粒流动的数值模拟

固相亚格子尺度过滤模型是在高精度的网格下,系统地过滤了基于结合颗粒动理学的双流体模型的模拟结果而得到的曳力和固相应力等本构关系的计算模型。今分别采用固相亚格子尺度过滤模型(Filtered Model I)、壁面修正固相亚格子尺度过滤模型(Filtered Model II)和改进的固相亚格子尺度过滤模型(Filtered Model III)模拟NETL/PSRI挑战问题中的提升管内的颗粒流动特性,得到了时均气体压力梯度和时均轴向颗粒速度等分布。亚格子尺度模型和均匀流动模型(Huilin-Gidaspow model)的研究结果相比,改进的固相亚格子尺度过滤模型(Filtered Model III)与实验值更接近,尤其是对于高颗粒浓度流动。壁面修正可以提高压力梯度,从时均轴向颗粒速度分布曲线,可以看出在提升管内颗粒流动结构呈现更为明显的环核流动结构;同时,研究了提升管内气体压缩性、壁面修正和计算网格对模拟结果的影响,分析表明气体的可压缩性对提升管内轴向气体压力梯度有影响,在模拟计算时考虑气体的压缩性,可以提高计算精度。

亚格子过滤双流体模型的网格依赖性

基于双流体方程和颗粒动力学理论的计算模型被广泛应用于流化床的气固两相流数值计算,高精度网格是其准确计算流动的必要条件。一些经典的微尺度阻力模型,其网格尺度决定其模拟结果的精度。亚格子过滤双流体模型是一种有效的适用于粗糙网格的计算模型,其包含的气固相间作用力和颗粒相应力本构方程是在高精度网格条件下,以微尺度双流体方程和颗粒动力学理论计算得到的气固流场为基础,对计算结果进行小尺度过滤后得出。使用亚格子过滤双流体模型替换基于颗粒动力学理论的双流体模型,针对同一物理问题,在不同网格尺度下进行了数值计算,结果表明此计算模型相比经典阻力模型具有较好的网格无关特性,并且和实验结果较为一致。同时也对颗粒动力学理论与之相结合进行了尝试,即仅使用亚格子过滤阻力模型,颗粒相应力仍然使用颗粒动力学模型,其计算结果的网格无关性及与实验值的吻合程度优于经典模型。