流态化模拟基于介尺度结构的多尺度CFD.pdfVIP

第 64卷 第 1期 化 工 学 报 Vo1．64 No．1 2013年 1月 CIESC Journal January 2013 流态化模拟：基于介尺度结构的多尺度 CFD 王 维，洪 坤，鲁波娜，张 楠，李静海 (中国科学院过程工程研究所 ，多相复杂系统 国家重点实验室，北京 100190) 摘要：介尺度结构是研究气固流态化多尺度行为的关键。传统的基于平均化处理方式的双流体模拟不能准确描 述流化床中的多尺度流动和传递行为。相较而言，基于能量最小多尺度 (EMMS)方法的结构多流体模型 (SFM)基于局部空间 (网格)内的非均匀介尺度结构流动特征，其宏观预测结果与网格分辨率基本无关，因而 可以大幅降低模拟计算量。基于 SFM 模拟得到的流动结构，EMMS多尺度传质模型进一步成功解释了传统传质 文献中的数据差异。集成上述模型，形成了一整套模拟流化床流动一传递一反应耦合过程的多尺度计算流体力学 (CFD)方法，并将其应用于预测循环流化床中典型的s型轴向分布、揭示噎塞转变的机理以及流化床放大困难 的原因。多尺度 CFD使工业规模循环床 的三维、全系统、动态流动一反应耦合过程 的准确模拟成为可能，并为实 现从模拟向实时虚拟过程转变 的 目标打下基础 。 关键词 ：介尺度结构 ；EMMS；流态化 ；多尺度 ；CFD}结构多流体模型 DOI：10．3969／j．issn．0438—1157．2013．01．012 中图分类号：TQ021．1 文献标志码 ：A 文章编号：0438—1157 (2013)01—0095—12 Fluidizedbedsimulation：structure—dependentmultiscaleCFD WANG Wei，HoNG Kun。LU Bona。ZHANG Nan，LIJinghai (StateKeyLaboratoryofMultiphaseComplexSystems，InstituteofProcessEngineering， ChineseAcademyofSciences，Beijing100190，China) Abstract：M eso—scalestructureiskeytogas—solidsfluidizationmodeling．TraditionaltWO—fluidmodelisnot suitablefordescribingmultiscalebehaviorin fluidizedbeds．In contrast，the structure—dependentmulti— fluidmodel(SFM )，whichiSbasedon theenergy—minimizationmulti—scale (EMM S)method，takesinto accounttheheterogeneousstructurewithinlocalspace (or，sub—gridstructure)andhenceitspredictionis onlyweakly dependenton grid resolution，reducing greatly computing load．Based on the structural characterizationofSFM ，weproposedanEMM Sbasedmasstransfermodeltoexplainwhyliteraturedata scatterup to severalordersofmagnitude．Thesemodelswere integrated into awholesetofmultiscale computationalfluiddynamics (CFD)method，withwhichwepredictedthetypicalS-shapedaxialpr