李九如 李铭坤 陈巨辉

摘 要：为了研究鼓泡流化床内气固两相流动特性，采用数值模拟的方法，对Fushimi等人的冷态实验过程进行模拟，建立了合理的TBCFB气化炉气固两相流动系统模型，基于欧拉双流体模型，以ANSYS嵌套的FLUENT17.0，作为数值模拟计算的基础平台，模拟TBCFB（三级流化床）气化炉系统中鼓泡流化床气固两相流动过程及分析其流动特性。结果主要分为3部分：鼓泡床表观速度对流动质量有重要影响，速度越低，越有利于床内气泡与床料充分接触;比较不同高度，不同配比两种颗粒温度变化特点，发现床层高度越高，颗粒温度越大;颗粒浓度增加，其颗粒温度降低，反之增加。

关键词：鼓泡流化床;双流体模型;气固两相流;数值模拟

DOI：10.15938/j.jhust.2019.04.008

中图分类号： TK 229

文献标志码： A

文章编号： 1007-2683（2019）04-0047-06

Abstract：In order to study the gas-solid two-phase flow characteristics in bubbling fluidized bed reactor， the numerical simulation method， the Fushimi， to simulate the process of cold experiments， we set up reasonable TBCFB gasifier model of gas-solid two-phase flow， based on eulerian two-fluid model， nested FLUENT17.0 with ANSYS， as the basis of numerical simulation platform， the simulation TBCFB （level 3 fluidized bed gasifier bubbling fluidized bed gas-solid two-phase flow in the system process and analyze the flow characteristics. The results are mainly divided into three parts： the surface velocity of the bubbling bed has an important influence on the flow quality， and the lower the speed， the more favorable the bubbles in the bed are in contact with the bed material. It is found that the higher the height of the bed is， the higher the particle temperature is. The particle concentration increases， the particle temperature decreases， and vice versa.

Keywords：bubbling fluidized bed; two-fluid model; gas-solid two-phase flow; numerical simulation

0 引 言

能源是人類活动的物质基础[1]。煤、石油、天然气等化石燃料是不可再生能源的利用技术上已经非常成熟，多种多样的新能源也已经走进大众视野，但是煤炭的使用任然占大比重[2]。

这些化石燃料主要以燃烧为主，燃烧给环境带来的危害是全世界性质的，煤炭在燃烧过程中产生二氧化硫、一氧化碳、烟尘、放射性飘尘、氮氧化物、二氧化碳等，这些有害物质不仅会对生态环境产生危害，而且会对人体产生危害，例如诱导人机体癌变等一系列令人触目惊心的问题。

洁净煤技术（CCT）[3]成为增加煤炭的使用率，抑制其燃烧产物对大气的污染，维持全世界各国能源连续发展的重要技术。洁净煤技术是当前国内外减少环境问题的主要技术之一，也是高新技术国际竞争的一个关键方向。煤炭气化作为发展洁净技术的重要手段之一，其中，在流化床上进行煤炭气化的方式以其独特的优点成为如今国内外该领域研究的热点方向，显然对于流化床试验装置的研究炙手可热[4-6]。

1 气固两相流动的数学模型

1.1 双流体模型

Jackson等[7]为了求解局部平均的N-S[8]方程，建立并采取了“双流体模型”。双流体模型[9-12]遵循欧拉-欧拉方程，多相介质连续不断地分布于其所占据的整个空间，并且介质宏观运动的物理参数在空间和时间上是可微连续的。双流体模型是因为将颗粒相作为“拟流体”，故可以较完整地描述颗粒相间的各种湍流输运作用[13]。并且可以通过颗粒压力和颗粒黏性来描述颗粒间的彼此作用。颗粒相的计算方式与流体相相同，采取相同的形式与求解方法，可以采取相同形式的流体力学守恒方程表示。

4 结 论

通过建立“双流体”模型完成TBCFB系统气固两相流动过程模拟，分析鼓泡流化床内流动特性。

1）鼓泡流化床表观气体速度对流动质量有重要影响，速度越低，有利于床内气泡与床料充分接触，对进一步进行热态气化反应意义重大。

2）通过比较床内三个不同高度上硅砂和尼龙膜颗粒温度分布，发现床层高度越高，颗粒温度越大，意味着速度脉动强烈，且颗粒温度分布随高度增加越平缓，在鼓泡流化床进料口处湍动能十分大。

3）同一高度尼龙膜的颗粒温度比硅砂的颗粒温度大一个数量级，因为尼龙膜粒径大于硅砂。比较三种配比下颗粒温度变化，随着尼龙膜体积分数增加，同一高度尼龙膜颗粒温度增加，硅砂颗粒温度降低。

4）此外颗粒温度与颗粒浓度存在关系，硅砂和尼龙膜颗粒浓度增加，其颗粒温度降低，反之增加。

参 考 文 献：

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（编辑：关 毅）