[发明专利]一种基于CFD-DEM模型分析非球形颗粒喷动床内传输过程的方法

说明书

本发明提供了一种基于CFD‑DEM模型分析非球形颗粒喷动床内传输过程的方法，包括如下步骤：建立喷动床传热过程的物理模型；建立喷动床传热过程中的流体相控制方程组，所述流体相控制方程组包括连续性方程、动量方程、能量方程；建立固相控制方程，所述固相控制方程包括颗粒运动控制方程、颗粒间导热方程；进行CFD‑DEM耦合仿真，并获取固相颗粒的温度；选取几组不同形状的颗粒，在喷气速度，气体温度等其它参数相同的条件下进行模拟计算；分析比较在不同形状颗粒的温度场变化，得到颗粒形状对流化床颗粒温度场的影响规律；本发明可以优化实际工况中热工参数，提高干燥效率，降低生产损耗，提高社会和经济效益。

技术领域

本发明涉及计算机数值模拟领域，具体而言，涉及一种基于CFD-DEM模型分析非球形颗粒喷动床内传输过程的方法。

背景技术

喷动床作为典型的流态化设备具有流型简单规则，气固接触充分，传热效率高，适合处理不规则、粘性等非常规颗粒，方便处理热敏性物料等突出优势。经过60多年持续不断的基础研究和技术开发，其应用领域不断拓展，目前已广泛应用于农业、食品、制药、能源、环保、化工、核燃料等众多领域，主要包括干燥、混合、造粒、包衣涂层等多种物理工艺过程，同时在煤气化、生物质制合成燃料、油页岩热解、铁矿石还原、焦炭活化、石油催化裂化等诸多热化学工艺中也显示出巨大的应用潜质。这些工艺过程所涉及的颗粒超过70％呈非球形，因此，研究和掌握非球形颗粒在喷动床中的传热特性对于喷动床的结构设计、工艺参数优化和应用推广具有重要的现实意义。

发明内容

基于此，为了解决现有技术的非球形颗粒喷动床内传输过程的数学模型复杂而导致分析改进优化困难的问题，本发明提供了一种基于CFD-DEM模型分析非球形颗粒喷动床内传输过程的方法，其具体技术方案如下：

一种基于CFD-DEM模型分析非球形颗粒喷动床内传输过程的方法，包括以下步骤：

采用组合球方法建立不同Ar的椭球颗粒模型；

建立喷动床传热过程的物理模型；

建立喷动床传热过程中的流体相控制方程组，所述流体相控制方程组包括连续性方程、动量方程、能量方程；

建立固相控制方程，所述固相控制方程包括颗粒运动控制方程、颗粒间导热方程；

进行CFD-DEM耦合仿真，并获取固相颗粒的温度；

选取几组不同Ar的椭球颗粒及球形颗粒填充的喷动床，在喷气速度，气体温度等其它参数相同的条件下进行模拟计算；

分析比较不同Ar的椭球颗粒及球形颗粒的喷动床内平均颗粒温度及温度标准差，得到颗粒形状对流化床颗粒温度场的影响规律。

进一步地，所述连续性方程为：

其中：

ρ_f为气体密度，单位为kg/m³；

ε_f为气体局部空隙率；

u为气体表观速度，单位为m/s。

进一步地，所述动量方程为：

其中：

p为气体压力，单位为Pa；

F_fp为单位体积内气体颗粒间相互作用力，单位为N；

g为重力加速度，单位为m/s²；

τ为气相应力张量，单位为Pa。

进一步地，所述能量方程为：