气固流化床是能源化工等行业的重要设备

气固流化床是能源、化工、冶金、石油等行业的重要设备。与传统的反应器及燃烧设备相比较，它具有设备大型化、过程易于控制、传热传质效率较高、床内温度分布较均匀等优点。由于其广阔的应用前景使它自诞生的几十年来倍受人们的关注，但床体内气固两相存在强烈的非线性、复杂性作用使人们对床层内的流动规律尚不十分清楚，从而导致了流化床设备的设计与放大方面存在很多困难。

为了更好地了解气固流化床内的两相流动规律以便设计与优化设备，气固鼓泡流化床作为一种最基本的流态化设备一直被作为许多研究者的对象。对鼓泡床的研究方法通常有两类，一是借助某种数学模型来研究气泡特性及其影响因素、气泡与气相及颗粒相的相互作用，以对鼓泡床的流态化过程进行研究；二是利用不同的数学模型对气泡进行模拟，然后与来自于试验或文献的数据进行对比，以确定模型的合理性。

本文是采用 Fluent 计算流体力学软件，基于双 EULERIAN 模型对气固鼓泡床内流动特性进行数值模拟。对分布板鼓泡床的壁面边界条件进行探讨，对模型中是否应考虑两相对壁面的滑移进行研究也对分布板鼓泡床中的颗粒运动规律进行研究。

不同壁面边界条件对模拟结果的影响分析

目前对振动流化床及配件床体壁面的边界条件，多数研究者都把气固两相对壁面做无滑移处理，即未考虑气固两相对壁面的剪切力。但根据“粮仓效应”原理，也有研究者认为应该考虑两相对壁面存在的剪切力。因为单喷嘴鼓泡床只有喷嘴附近才是鼓泡操作速度，壁面附近的颗粒对床体有无作用的效果不明显。

从模拟结果来看，流态化初期密相床层内的高度方向上存在速度差，这就导致高度方向上的流态化气速大小不一，较低的气速使床层发生均匀膨胀，而较高的气速则会导致气泡的生成。模拟所用颗粒直径为 0.2mm，属于流态化原理中 Geldart B 类颗粒，该类颗粒在流态化气速较小时床层会先发生均匀膨胀而无气泡生成，随着流态化气速增大至鼓泡速度时才会出现气泡。计算结果与流态化原理导出的结论一致。从0.7s至1.0s内可以形象地看到鼓泡床底部床层有气泡相和颗粒相，两相之间是逐渐过度的。气泡主要出现在床中心与壁面之间的区域内，随着气泡的上升其形状和大小都在不断发生变化。从图中可以看出，气泡底部会形成卷吸颗粒的尾涡，这主要是因为颗粒相对气泡上升有阻力，尤其是气泡上部的这种阻力较大，进而导致气泡在上升过程中上部速度小于底部速度，气泡底部形成凹陷，凹陷处颗粒的运动速度基本与气泡上升速度相当，且大大高于周围颗粒相的运动速度所致。

振动流化床及配件