考虑多组分颗粒运动各向异性的鼓泡流化床生物质气化数值模拟

考虑鼓泡流化床生物质气化过程多组分颗粒运动特点,建立多组分颗粒速度脉动二阶矩模型,结合化学反应动力学方法描述鼓泡流化床内生物质气化过程。模拟的气体组分结果与采用原始颗粒动理学模型的模拟结果进行了比较,并给出了两种粒径碳颗粒的浓度与温度瞬时分布。分析了两种碳颗粒的速度时均径向分布及速度脉动二阶矩时均径向分布,两种碳颗粒的速度分布一致,说明不同粒径碳颗粒混合充分。粒径较大的碳颗粒速度脉动二阶矩在轴向与径向上均较大,粒径的增加使得颗粒速度脉动增强。模拟统计了计算域内两种颗粒的速度脉动各向异性随颗粒浓度变化关系,各向异性随颗粒浓度的增加逐渐减弱,粒径较大的碳颗粒在计算域内的各向异性平均效果不如粒径较小的碳颗粒明显。

亚格子湍动能模型及循环流化床气固湍流特性分析

以气相大涡-颗粒相二阶矩双流体模型为框架,基于单相流亚格子湍动能推导方法,考虑固相影响推导气相亚格子湍动能方程,建立了适用于气固两相流动的气相亚格子湍动能模型;同时考虑气相亚格子湍动能与颗粒相速度脉动二阶矩之间的脉动能量传递,补充了气固相间脉动能量作用模型。模拟了循环流化床内气固两相湍流流动过程,模拟结果与实验数据吻合较好,并较未考虑湍流模型的模拟结果更接近实验值。比较了不同亚格子湍流模型对颗粒运动的影响,与Smagorinsky亚格子涡黏模型相比,亚格子湍动能模型能够更好地模拟两相流的湍流特性。分析了气体表观速度对湍流作用的影响。研究表明,随着气体表观速度的增加,气相亚格子湍动能和亚格子能量耗散逐渐增加,径向分布的非均匀性增强。