变径液固流化床单个颗粒运动模拟
液固循环流化床中颗粒轴向速度的实验研究
环 系 统 两 部 分 。提 升 管 是 内径 为 １ ０ ４ ｍｍ、高 为 ３ ｍ 的有 机玻 璃塔 ，提供 液 固两 相 流化 的空 间 ：颗 粒循环 系统 由液 固一次 分 离 的扩 大段 、固体颗 粒储 罐 和颗 粒
６．ａ ｔ ｌ ｅ ｅ ｖｏ ｒ ７ ｆｏ ｍｅ ｅ ｓ ８．ｕ ｐ ｒｉ ｅ ｒ ｓ ｒ ｉ ． ｗ ｔ ｒ ｃ ｌ ｐ ｍｐ
Ｆ ｇ １ Ｓ ｈ ｍ ｅｏｆ ｈ ｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｐ ａ ａｕ ｉ ． ｃ ｅ ｅｅ ｐ ｒｍｅ ｔ ｌａ ｐ ｒ ｔ ｓ ｔ １ ｒｓ ｒ ２． ｌ ａ ｏ ｄ ｔａ ｓ ｉ ｉ ｇ ｐ ｏ ｅ ３１ｑ ｉ ｉ ｔｉ ｕ ｏ ． ｅ ｉ ｕ ｔ ｓ ｕｎ ｒ ｎ ｍ ｔ ｎ ｒ ｂ ． ｕ ｄ ｄ ｓｒｂ ｔ ｒ ｒ ｔ ｉ ４ １ｑ ｉ — ｏ ｉ ｅ ｒ ｔ ｒ ５ ｐ ｒ ｉｌ ａ ｕｒ ｍｅ ｎ ．ｉ ｕ ｄ ｓ ｌｄ ｓ ｐａ ａ ｏ ． ａ ｔｃ ｅｍｅ ｓ ｅ ｎｔ ａ ｋ ｔ
状况 进行 准确 的在线 测 定是 很有 必要 的 。 本 文 将超 声 多普 勒 测 速拓 展 到两 相流 ，对 液 固循
环流 化床 中颗 粒 速 度 的分 布进行 了系统 的实 验研 究 。
２ 实 验装 置
实验 装置 如 图 １所 示 ，主要 包括 提 升管 和 颗粒循
图 １ 实 验装 置 示 意 图
文 章 编 号 ： １ ０ —０ ５ ２ ０ ）４０ ０ —７ ０ ３９ １ （０ ２ ０ —４ ８０
液 固循 环 流化 床 中颗 粒 轴 向速 度 的 实验研 究
张 欢， 王铁峰 ， 王金福 ， 金 涌
（ 华 大学化 学 工程 系，北京 １ ０ ８ ） 清 ０ ０ ４
摘 要 ： 利 用超声 多普 勒测 速 仪 实验 测 量 了液 固循 环 流 化床 中不 同径 向位 置处 颗 粒 瞬 态轴 向速 度 ，研究 了其概 率
顶流式变径液固流化床的流场分布与分选实验研究
Ｓ ｔ ｕ ｄｙ ｏ ｎ ｆ ｌ ｏ ｗ ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ ｄｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎｄ ｓ ｅ ｐａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｏ ｐ ｓ ｔ ｒ ｅ ａ ｍｉ ｎ ｇ ａｎ ｄ ｖ ａ ｒ ｉ ｅ ｄ ｄ ｉ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｌ ｉ ｑｕｉ ｄ － ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ｆ ｌ ｕｉ ｄｉ ｚ ｅ ｄ ｂ ｅ ｄ ＬＩ Ｕ
了多组顶流管 ， 引入上升水流 ， 加 强 了壁 面堆 积 物 料 的松 散 与 分 选 效 果 。详 细 分 析 了倾 斜 床 体 液 固 两 相 流 的流 型 变 化 与 特 征 ， 并 采 用 ＡＮＳ ＹＳ Ｆ Ｌ ＯＴＲ ＡＮ Ｃ Ｆ Ｄ 软 件进 行 数值 模 拟 ， 得 到 了 介 质 流 场 的 压 强分 布 变化 规 律 ： 流场 压 强 自床 体 底 端 至顶 端 递 减 ， 自顶 流 孔 给人的水流可以在床体顶流孔附近形成局部强压 区， 使 分 布 在 床 体 下 壁 面 的颗 粒 产 生 额 外 的 运 动 加 速 度 。选 用 ≤ ０ ． １ ２ ５ 、 ＞０ ． １ ２ ５ ～ Ｏ ． ２ ５ ０ 、 ＞Ｏ ． ２ ５ ０ ￣０ ． ５ ０ ０ ｍｍ 废 弃 电 路 板 颗 粒 进 行 两 因 素 三 水 平 分 选 实 验 ， 结 果表 明， 采 用 顶 流 式 变 径 液 固流 化 床 分 选 系 统 可 实 现
Ｃｅ ｎ ｔ ｒ ｅ ｆ ｏ ｒ ＷＥＥＥ Ｒｅ ｃ ｙ ｃ ｌ ｉ ｎ ｇ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ Ｓ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄ Ｐｏ ｌ ｙ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ２ ０ １ ２ ０ ９； ２ ． Ｓｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ Ｅｎ —
流化床内流动、传热与燃烧特性的DEM数值模拟
摘要*流化床在工业上的广泛应用使得稠密气固两相流动成为多相流研究领域的一个重要方向。
国内外已经进行了大量的实验和理论研究，但是由于气固流动的复杂性和流动机理尚未清楚的认识，故以实验为主的传统方法受到了很大限制。
近年来随着计算机技术的飞速发展，气固两相流动数值模拟正成为研究稠密气固两相流动的重要手段。
针对稠密气固两相流的数值模拟技术可以分为两大类：即欧拉—欧拉颗粒拟流体模型和欧拉—拉格朗日离散颗粒模型。
本文采用欧拉—拉格朗日离散单元法在颗粒水平上建立了一套描述流化床内气固流动、传热和燃烧的数学模型，并设计了模拟流化床内流动与燃烧的数值模拟程序。
首先本文对单孔射流流化床内的气固流动进行了数值模拟，得到了床层压降曲线和不同射流速度下的床层高度、气泡产生频率和气泡在床层内的上升速度，反映出流化床内的气固流动存在拟序结构。
另外，模拟得到了床内的气固流动速度，揭示出单孔射流流化床内存在强烈的颗粒返混和内循环现象。
并对颗粒参数改变对气泡特性的影响作了敏感性分析。
然后，在颗粒水平对流化床内的煤燃烧和传热特性进行了数值模拟，得到了床内的温度场、各燃烧组分的浓度场、颗粒升温曲线和四种颗粒传热量曲线，模拟表明了流化床内的气固流动和燃烧特性存在强烈的空间和时间非均匀性。
并对颗粒参数改变对燃烧与传热特性的影响作了敏感性分析。
最后对全文工作进行了总结和展望。
关键词：流化床气固两相流动离散单元法煤燃烧传热特性*本文受国家自然科学基金《循环流化床锅炉颗粒团燃烧行为研究》资助，项目批准号：5007615AbstractThe wide application of fluidized bed in industry made the hydrodynamic of dense gas-solid two-phase flow become an important research field of multiphase flow. A great deal of experiments and theoretical studies have been carried out all over the world. But due to the complicated effect factors and not yet clarifying the mechanism of two-phase flow, so the traditional experimental method is limited on certain extent. With the rapid development of computer technology, the computer numerical simulation of dense gas-solid two-phase flow has become an important research means.At present, the methods used to simulate dense gas-solid two-phase flow can be divided into two categories: Eulerian-Eulerian approach and Eulerian- Lagrangian discrete particles approach. In this paper, Eulerian-Lagrangian approach is used to establish a serial of models to simulate the gas-solid flow, heat transfer and coal combustion in fluidized bed at particle level. And a CFD-DEM numerical code has been developed.Firstly, the single spouted fluidized bed was simulated and acquired the pressure drop line. The height of solid bed, the generating frequency of bubble and the ascending velocity of bubble at different spouted gas velocity were also obtained. And the quasi-ordering structure in fluidized bed was observed. Besides, the distribution of gas and particle velocities was obtained. The velocity distribution indicated that there is phenomenon of intensive particle back-mixing and internal recycle. A sensitivity analysis was carried out on effects to bubble characteristics due to different particle parameters.Afterwards, the heat transfer and coal combustion properties in fluidized beds was simulated at particle level and obtained the distribution of gas temperature and gas species. The simulation indicated the intensive heterogeneity of the gas-solid flow and coal combustion in fluidized bed. The heating rate of particles and four different particle heat exchange modes were studied. And the sensitivity analysis was carried out on effects to combustion and heat transfer properties due to different particle parameters.Finally, the work of this paper and the further research were summarized. Keywords: fluidized bed gas-solid flow discrete element method coal combustion heat transfer characteristics独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
液固流化床内颗粒自由沉降末速的试验研究
ＣＯＡＬ
选
煤
技
术
ＰＲＥＰＡＲＡＴｌ０Ｎ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｎｏ．１ Ｆｅｂ．２０１０
文章编号：１００１—３５７１ １２０１０ｌ ０１—０００５—０６
液固流化床内颗粒自 由沉降末速的试验研究
桂夏辉１，李延锋１，则 纯２，李国胜１ （１．中国矿业大学化工学院，江苏徐州 ２２１１１６； ２．河南龙宇能源股份有限公司陈四楼选煤厂，河南永城４７６６００；）
收稿日期：２００９一０８—０７
黧工艺瓣研究鄹（ ６３删≯）”哺姗艄蝴撒撇赂与
作者简介：桂夏辉（１９８５一），男，安徽省池州市人，中国矿业大 学化工学院在读博十研究生，主要从事矿物加工工艺设备研究，Ｅ 一ｍａｉｌ：ｇｕｉｘｉａｈｕｉｌ９８５＠１６３．ｃ０１１１，联系电话：１３７７５９８９２２９ ｏ
１ 自由沉降理论的发展
秒。＝１３胚篆（∥可丽一１），（６）
式中：Ａ，为阿基米德数。
１９８９年，海德（Ａ．Ｈａｉｄｅｒ）和利文斯派尔
（Ｏ．Ｌｅｖｅｎｓｐｉｅｌ）提出球形颗粒和非球形颗粒通用的 阻力系数公式和自由沉降末速的公式如下：
咖＝麓（１“Ｒｅ８）＋南，。（７） １＋丽
％％２＝【睁口Ｓ，Ｔ塑＋—专—笋１ｒ她—一】Ｊ～，，㈩¨）
‰＝压√警ｄ或
％Ｎ“．４２２√宁ｄ
（３）
来计算颗粒的自由沉降末速。式中：ｔ，。。为牛顿一雷 廷智公式计算的颗粒的自由沉降末速。
在采用适用公式计算时，必须预先判断适合使 用哪个公式，如果经判断，球形颗粒自由沉降时的 Ｒｅ数正好在两个相邻公式的交界处，那么无论应用 这两个公式中的哪个公式，都将产生较大的误差。
给料系统、上升水系统、分选系统以及密度控制系 统。
液_固流化床中液速分布与颗粒循环流动
3U o
(17)
1. ε =0.46 3. ε =0.60
把ε-Uo 的线性关系代入式(17) ， 则可得到µl 随表观
液速 Uo 的变化关系，计算结果如图 5 所示。由图可见模型中的有效粘度随表观液速增大而逐渐减小， 随液速减小而增大。此处有效粘度表示两相共存情况下，颗粒团和液相流体团之间的相互作用，与单 相流体中的粘度有本质区别，但有明确的物理意义。从式 (17)可以看出，有效粘度除与表观液速有关 外，还与颗粒密度、粒度以及床层结构尺寸有关，随液相流量的增加液固两相间的流动性也加强，其 数值也远大于单相流体粘度。
[8]
，则液体在垂直方向的运动类似于不可压缩的牛顿型流体在两层无限宽平板之间的流动，液相内的
剪切作用可表示为：
τ l = −µl
∂U y ∂x
(1)
收稿日期：2002-08-17;
修订日期：2003-05-28。
基金项目：国家自然科学基金(20006011)和山西省自然科学基金(20021017)资助项目。 作者简介：郝晓刚(1967-)，男，山西榆社人，太原理工大学副教授，博士。通讯联系人：郝晓刚， E-mail: xghao@
第 18 卷第 3 期 2004 年 6 月
高 校 化 学 工 程 学 报 Journal of Chemical Engineering of Chinese Universities
No.3 Vol.18 June 2004
文章编号：1003-9015(2004)03-0297-06
液-固流化床中液速分布与颗粒循环流动
ε=
E + ε0 L − Lmf ， ε 0 为静止床层液含率， Lmf 为初始床层(静止床层)高度。 ，E 为膨胀比， E = Lmf 1+ E
液固流化床颗粒速度场和固含率的数值模拟
２ 数值 方 法
两 相 流 体模 型采 用 欧拉 模 型， 值 分 析 采 用雷 数 诺 平均 的 Ｎａｉｒ ｔｋ ｓ 程 作 为 控制 方 程， 流模 ｖｅ— ｏ ｅ 方 Ｓ 湍 型选 用 标 准 一 型。 采 用 二 阶精 度 迎 风 格 式， ｅ模 基
第 一 作 者 ： ，９ １ 生 ， 士 生 女 １８ 年 硕
向的 分布 图 ， 对进 一 步 研 究 具有 指 导意 义和 实 用 价
值。
１ 建 立 模 括提 升管 和颗 粒循 环 系
统 两 部分 。提 升管 的 内径 为 １０ ４ ｍｍ、 为 ３ 提 供 高 ｍ，
图 １ 液 固流 化 床 的 Ｃ Ｄ模 型 Ｆ Ｆ ｇ １ Ｃ ｍｐ ｔｔ ｎ ｌ ｕｄ ｄ ｎ ｍｉ Ｃ Ｄ） ｄ ｌ ｆ ｈ ｉ． ｏ ｕａ ｉ ａ ｆ ｉ ｙ ａ ｃ ｏ ｌ ｓ（ Ｆ ｍｏ ｅ ｏ ｅ ｔ
收 稿 日期 ： ０ ５１ ．７ ２ ０ —０２
（ Ｆ 模 型 示 意 图。 然 后 定 义 各 个 边 界 的 边 界 条 Ｃ Ｄ）
件 ，分别 为速 度入 口边 界 条 件 、 力 出 口边 界条 件 、 压 对称边 界条 件 和 壁 面边 界 条 件 。最 后 将输 出 的 ＊． ｍｓ 件导 入 ｆ ｅ ｔ ｈ文 ｌ ｎ 中进行 计算 。 ｕ
中图分类号 ： ０ １ １ ＴＱ ５ ．３
与传 统液 固 流 化 床 相 比， 固循 环流 化 床 具 有 液 操 作范 围宽 、 粒可 以外循 环等优 点 ， 有 广泛 的应 颗 具 用前 景 ， 引 起 了研 究 者 广泛 重 视ｌ］ 目前 ， 部 并 １。 大 分 研 究液 固循 环流 化床 的文 献都 是集 中 在采用 实验 室测量 的 方 法 ， 例如 ， ｏ Ｉ 等 利 用放 射性 颗 粒 示 踪 Ｒ ｙ２ Ｊ 技术 和 Ｃ Ｔ技 术 测量 大颗 粒液 固循 环 流化 床 中颗 粒 的流 动状况 。但 是 放 射 性 颗 粒 对 实 验 人 员有 危 害 ， 小粒径 示 踪颗 粒 的制 备 比较 困难 ， 且 单 颗 粒 也 不 而
液固流化床中颗粒流动特性的数值模拟_刘国栋
1
1. 1
液固两相流动的数学模型
连续性方程 （ ε ρ ） + ·（ ε i ρ i v i ） = 0 ． t i i
第7 期
刘国栋，等： 液固流化床中颗粒流动特性的数值模拟
· 1109·
v 其中： i 表示液相或颗粒相， ε 为 i 相体积浓度， t 为时间． 为速度矢量， ρ 为 i 相密度， 1. 2 液相动量守恒方程 （ ε ρ v ） + ·（ ε l ρ l v l v l ） = ε l ·τl + ε l ρ l g － t l l l ε l p － β （ v l － v s ） ． p 为液体压力， 其中： g 为重力加速度， β 为液 － 固 相间的曳力系数， τl 为液体应力张量． 液体的应力张量 τl 为
( ) μ = ( ·ε ) + c G σ
t 1 ε
k
ε － k
ρ l c2
ε ． k
2
2 μs ［ v s + （ v s ） ］ － （ ·v s ） I ． 3
T
{
}
其中： μ t 为湍流粘性系数； G k 为由平均速度梯度 所引起的湍动能的增量 μt = cμ ρl Gk = μt k2 ， ε u l +2 x
Simulation of hydrodynamics of particles in a liquidsolid fluidized bed
LIU Guodong，SHEN Zhiheng，WANG Shuai，WANG Jiaxing，LU Huilin
（ School of Energy Science and Engineering，Harbin Institute of Technology，Harbin 150001 ， China，gdliu@ hit． edu． cn）
流体_颗粒系统数值模拟的EDEM_Fluent解决方案
流体－颗粒系统数值模拟的 FLUENT－EDEM 解决方案北京海基科技发展有限公司2009 年 6 月 24 日一、概述绝大多数固态物质的个体是以颗粒状的外形存在的，即：有特定的尺寸和形 状，与外界有有限的边界。
自然界中的矿石，种子，沙粒，工业产品中的药片、 糖果等都是典型的颗粒。
通常，无论是在自然界，还是人类生产实践中，都会涉 及到了流体与颗粒相互作用（包括：质量交换、动量交换和能量交换等） 。
如： 沙尘暴，水土流失，农作物的干燥，工业上使用的各种流化床，旋流分离器以及 气力输运设备等。
研究这种相互作用，对人们的生产生活有着重要意义：不仅为 提高生产力，更能为改善人类的生存环境提供指导依据。
我们将涉及流体流动换热和颗粒运动的体系称为“流体-颗粒系统” 。
该类系 统的研究难点在于： 1. 流体本身就具有形态不固定，变化无常，难于观察和测量的特点； 2. 大量颗粒进行相互碰撞：不同时刻和位置，每个颗粒的运动、受力情况 都有所不同； 3. 流体与颗粒相互影响，形成强烈的耦合作用，更加大了系统的复杂度。
在以往的研究中，实验研究占很大的比重，主要通过测定或统计的方法来获 取系统的宏观指标。
另一些则是通过模型简化，进行机理性的研究。
随着计算机 技术和数值算法的发展， 越来越多的科学家和研究人员投入到数值仿真的研究中 来，FEA（有限元分析）方法和 CFD（计算流体力学）技术成为应用力学中发展 最为迅速、 活跃的分支。
针对流体-颗粒系统的数值模拟研究， 主要采用基于 CFD 方法的多相流技术和 CFD-DEM 耦合方法。
二、气固（液固）两相流技术发展状况在研究初期，由于没有很好的描述颗粒系统的计算模型，人们更倾向于以研 究流体为切入点 （研究该类系统的科学家和研究人员通常是流体力学专业出身） ， 将系统中大量的颗粒假设为一种准流体——颗粒流，从而产生了气固（液固）两 相流技术。
气固两相物质所组成的流动系统称为气固两相流系， 其中气相通常以连续相 形式出现，固相以颗粒或团块的形式处于气相中。
液固流化床的流体形态
液固流化床的流体形态
液固流化床是一种固体颗粒悬浮在液体中形成流动性的床层。
在液固流化床中，固体颗粒的流体形态主要包括两种状态：床层静止状态和床层流动状态。
床层静止状态：在初始阶段或者低流速条件下，床层中的固体颗粒处于静止状态。
此时，液体通过颗粒间的空隙，形成了固定的床层结构。
颗粒之间的相互作用力阻碍了颗粒的运动，使得床层整体呈现出一个相对静止的状态。
床层流动状态：随着液体的注入或者流速的增加，床层中的固体颗粒逐渐开始流动。
在床层流动状态下，固体颗粒受到液体的冲击和拖拽，床层呈现出类似流体的特性。
颗粒间的相互作用力减小，颗粒之间的空隙扩大，形成了一种流动性较强的状态。
在液固流化床中，床层的流体形态是由流速、液体性质、颗粒特性等因素共同影响的结果。
这种床层状态具有优良的传质、传热性能，被广泛应用于化工、冶金、环保等领域，例如颗粒床反应器、气化设备等。
液固流化床内颗粒自由沉降末速的试验研究
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脉动流化床内颗粒分离行为的数值模拟
第39卷,总第225期2021年1月,第1期《节能技术》ENERGY CONSERVATION TECHNOLOGY Vol.39,Sum.No.225Jan.2021,No.1脉动流化床内颗粒分离行为的数值模拟张晓光(中国特种设备检测研究院,北京 100029)摘 要:脉动流化床可以实现多组分颗粒的分离而受到广泛关注。
基于此,这里采用双流体模型,对脉动流化床多组分混合颗粒分离行为开展了数值模拟研究。
通过与实验结果比较,模拟可以较好地预测颗粒的分离行为。
比较了脉动流和连续流对分离行为的影响,结果表明,脉动流可以极大地促进颗粒的分离效率。
同时评估了脉动频率和颗粒粒径的影响,研究发现,脉动频率的增大可以促进颗粒的分离效果,然而过高的频率会阻碍颗粒的分离。
关键词:脉动气流;流化床;分离;数值模拟;双流体模型中图分类号:TK229 文献标识码:A 文章编号:1002-6339(2021)01-0050-04Simulation of Segregation Behaviors of Binary Mixture ina Fluidized Bed with Pulsed FlowZHANG Xiao -guang(China Special Equipment Inspection and Research Institute,Beijing 100029,China)Abstract :Pulsation -assisted fluidized beds can achieve the separation of multi -component particles,which has attracted more and more concerns.Based on this,the two -fluid model is employed to numeri⁃cally investigate the segregation of binary mixture in pulsed fluidized bed.By a comparison with the ex⁃perimental data,the model can give a good prediction.A comparison of pulsed flow and continuous flow is also conducted.The results reveal that the pulsed flow can greatly improve the segregation efficiency of particles.Meanwhile,the effects of pulsation frequency and particle size are evaluated.It is found that the increase of pulsation frequency can enhance the segregation degree.Whereas an excessive frequencywill hinder the particle segregation.Key words :pulsed flow;fluidized bed;segregation;numerical simulation;two -fluid model 收稿日期 2020-02-19 修订稿日期 2020-07-15作者简介院张晓光(1986~),男,硕士研究生,高级工程师,主要研究方向为锅炉设计与数值模拟。
变径液固流化床单个颗粒运动模拟
变径液固流化床单个颗粒运动模拟伍玲玲;胡林;张志军;喻清【摘要】变径液固流化床内单个颗粒运动过程的研究对整个流场分析具有重要的作用.通过Fluent-EDEM耦合计算,对变径液固流化床内单个颗粒运动行为进行了数值模拟.结果表明:不同密度颗粒进入分选区后,分别具有不同的运动轨迹,能够实现按密度分离,模拟分选效果较好;不同密度颗粒轴向速度表现为先是在短时间内迅速增加,达到一定速度后,开始逐渐减小趋势;将模拟所得单个颗粒轨迹与轴向速度值分别与高速动态拍摄所得值比较,吻合较好.【期刊名称】《南华大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(031)002【总页数】4页(P13-15,24)【关键词】变径液固流化床;单个颗粒;Fluent-EDEM【作者】伍玲玲;胡林;张志军;喻清【作者单位】南华大学核资源工程学院,湖南衡阳421001;南华大学核资源工程学院,湖南衡阳421001;南华大学核资源工程学院,湖南衡阳421001;南华大学核资源工程学院,湖南衡阳421001;中南大学资源与安全工程学院,湖南长沙410083【正文语种】中文【中图分类】TD455FLUENT软件是国、内外广泛应用于航空航天、生物医学、汽力工业、电子产品、运动器械、桥梁、建筑等多种工业应用及科学研究领域的计算流体力学分析软件.EDEM是世界上第一个使用最先进的离散元技术进行颗粒系统仿真和分析的通用CAE软件，可以快速、简便地建立颗粒系统的参数化模型，准确模拟颗粒的运动行为.EDEM也是世界上第一个可以通过与CFD软件耦合来对固—液/气相系统进行颗粒尺度模拟的CAE软件，可以与计算流体力学分析软件Fluent实现无缝耦合[1-2].计算时，EDEM与Fluent将流场中颗粒及流体的计算信息在每一个时间步长内相互传递和更新，实现双向耦合.二者组成模拟气/液—固两相流的强有力工具，可得到流场和颗粒系统相互作用的精确结果[3].因此，论文借助Fluent有限元软件和EDEM离散元软件，采用计算流体力学(computational fluid dynamics)与离散单元法(discrete element method，DEM)相结合的方法，通过Fluent-EDEM耦合计算，对文献[4]变径液固流化床内部颗粒的运动行为进行仿真模拟，通过数值模拟与实验测定结果的比较分析,为设计开发此类分选床、优化过程操作和提高分选效率提供详细的数据支持和可靠的理论指导.由于充气式液固床中，充气量较小，仅在进气口处对液固流态化有所干扰，对整体液固流态化影响不大[4-5]，因此这里将充气部分省略，即将充气式液固流态化分选床简化为理想状态的液固流化床.几何模型如图1(a)所示.使用gambit软件对模型进行网格划分，如图1(b)所示.主要结构和操作参数如表1.首先基于CFD方法建立液相流动模型.液相控制方程组包括连续性方程、动量守恒方程、液相湍流模型.FLUENT软件提供了多湍流模型，这里选取标准k-ε模型[6-7].然后基于离散单元法(DEM)对于颗粒建立运动模型.颗粒与流体相互作用力，包括曳力、气压梯度力、虚拟质量力和升力等，虚拟质量力和升力等其他相互作用力对模拟结果影响不大，因此这里忽略不计[8].颗粒间相互作用力选取弹性力、阻尼力，用弹性、阻尼及摩擦滑移等机理模型来计算.体积力仅考虑重力[9-10].计算时，设定水流入口为速度进口边界，出口为压力出口边界，其它界面均为壁面.具体边界条件设置如表2所示.3.1 单个不同密度颗粒分离过程仿真设置铜颗粒密度为8.9 g/cm3、铁颗粒密度为5.6 g/cm3、铝颗粒密度为2.7g/cm3、玻璃树脂颗粒密度为2.1 g/cm3、塑料颗粒密度为1.7 g/cm3，粒径均为1 mm，分别考察单个在水流速度1 m/s时颗粒在床体中运动轨迹，仿真模拟过程见图2.从图2中可以看出，不同密度的颗粒，分别具有不同的运动轨迹，颗粒密度差别越大，运动轨迹相似性越小；密度大的颗粒最终下沉，密度小的颗粒最终上浮；图2中，密度最大的铜颗粒从床体底部出口流出，密度最小的塑料颗粒从床体上部出口流出，密度大小居中的铝颗粒在分选床内停留时间最长.将文献[4]中试验得到的单个塑料颗粒轴向运动轨迹与仿真模拟所得结果进行比较，比较结果如图3所示.从图3可以看出，高速摄像所得塑料颗粒轴向位移值略大于模拟值，这是因为文献[4]中实验采取的实际水流速度为1.5 m/s，而模拟设置的水流速度为1 m/s；两条速度曲线变化趋势类似，均呈上升变化趋势，说明模拟所得结果与实验所得结果吻合较好.3.2 单个不同密度颗粒轴向速度随时间变化关系图4为从1.0 s颗粒产生到4.0 s仿真结束这段时间内，铜、铁、铝、树脂以及塑料这五种颗粒的速度随时间变化曲线.从图4中可以看出，每种颗粒在刚产生的时候，初始速度为零，由于受到上升水流对其产生的向上的瞬时冲击力，速度变化很大，速度在短时间内迅速增加；随着时间的推进，由于颗粒自身重力影响，颗粒速度开始减小.其中，铜颗粒、铁颗粒、铝颗粒、玻璃树脂颗粒在未从床体排出时，先后达到受力平衡状态，速度趋于零，因此停留在床体下壁面不同位置上，这与图2中铜颗粒、铁颗粒、铝颗粒、玻璃树脂颗粒运动轨迹图相符；塑料颗粒由于自身密度小，水流对其作用力远远大于颗粒自身重力，因此塑料颗粒在未达到受力平衡之前就已从出口排出，离开床体时速度为0.14 m/s，这与图2中塑料颗粒轨迹图相符.将文献[4]中试验得到的单个塑料颗粒轴向速度与仿真模拟所得结果进行比较，比较结果如图5所示.由于实验采取的水流速度大于模拟设置的水流速度，且实际实验设备尺寸大于模拟床体尺寸，加上模拟采用的是简化的理想状态的流化床，因此图5中模拟值和实验值不可能完全一致.但是二者变化规律基本相似，颗粒进入床体受水流作用有短时间的扰动，然后达到稳定，轴向速度呈逐渐减小趋势，说明模拟所得结果能较好的反应颗粒在变径液固流化床中床中的运动情况.通过Fluent-EDEM耦合计算，对变径液固流化床内单个颗粒运动行为进行了数值模拟.结果表明：1)不同密度颗粒进入分选区后，分别具有不同的运动轨迹，能够实现按密度分离，模拟分选效果较好.2)不同密度颗粒轴向速度表现为先是在短时间内迅速增加，达到一定速度后，开始有逐渐减小趋势.3)将模拟所得单个颗粒轨迹与轴向速度值分别与高速动态拍摄所得值比较，吻合较好.【相关文献】[1] 周艳丽,王小飞,余永昌.基于EDEM软件的螺旋提土装置最佳间隙的研究和分析[J].农机化研究,2017,39(1):38-42.[2] GEYER B,LORENZ G,KANDELBAUER A.Recycling of poly(ethylene terephthalate)-areview focusing on chemical methods[J].Express Polymer Letters,2016,10(7):559-586.[3] 张尉林.FLUENT软件与IDEM软件的耦合及其应用研究[D].长春:吉林大学,2013.[4] 胡林,伍玲玲,喻清,等.充气式液固流化床内颗粒运动研究[J].矿山机械,2016,44(9):62-65.[5] ZHONG W Q,YU A B,LIU X J.DEM/CFD-DEM modelling of non-spherical particulate systems:theoretical developments and applications[J].Powder Technology,2016,302:108-152.[6] 孔琦.振动流化床中颗粒运动特性的实验研究与数值模拟[D].青岛:青岛科技大学,2015.[7] DURIS M,RADOICIC T K,GARIC R,et al.Particle velocities in quasi two-dimensional water fluidized beds of spherical particles[J].Powder Technology,2013,246(9):98-107.[8] 陈云华,曲庆文,孙记树,等.基于FLUENT的静态充填混合器流场分析[J].矿业研究与开发,2015,35(2):87-90.[9] WU H,GUI N,YANG X T.Numerical simulation of heat transfer in packed pebble beds:CFD-DEM coupled with particle thermal radiation[J].International Journal of Heat and Mass Transfer,2017,110:393-405.[10] 段晨龙,赵跃民,伍玲玲,等.充气式液固流化床分选废弃电路板的实验研究[J].中国矿业大学学报,2014,43(5):915-919.。
液固分选流化床内颗粒动力学方程的简化及应用
液固分选流化床内颗粒动力学方程的简化及应用孙铭阳;韦鲁滨;朱学帅;李大虎;李阳;刘俊丽【摘要】Magnitude comparison between the forces from the fluid exerted on particles in the liquid-solid fluidized bed separator (LSFBS) was carried out. Particles kinetic equation was simplified according to the comparison results and the characteristics of particles segregation process and flow field in the primary separation zone. The simplified kinetic equation was solved through the fourth order Runge-Kutta algorithm for particles with different densities and diameters. The results show that the magnitude order of pressure gradient force and added mass force can match that of inertia force or drag force while the influence of Magnus force, Saffman force as well as Basset force could be neglected on the particles' hindering their settling and separation results in LSFBS. The predicted results well agrees with the related experimental data, indicating that the simplification method for the kinetic equation used in the present work is reasonable and the hindered settling as well as the separation results of different particles in LSFBS can be predicted accurately by using the simplified kinetic equation.%对液固分选流化床(liquid-solid fluidized bed separator,LSFBS)内颗粒所受各力进行量级比较,并基于LSFBS主分选区颗粒分离过程和流场特点对颗粒动力学方程进行简化,用四阶Runge-Kutta算法求解不同颗粒的动力学方程.研究结果表明:LSFBS主分选区内颗粒所受压力梯度力、虚拟质量力与流体阻力或惯性力有相同量级,而Magnus力、Saffman力和Basset力对颗粒干扰沉降运动和分选结果的影响可以忽略.数值计算结果与试验结果相符,表明本文对LSFBS内颗粒动力学方程的简化原则是合理的,利用该简化的颗粒动力学方程能比较精确地预测颗粒在LSFBS内的干扰沉降运动和分选结果.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(049)006【总页数】8页(P1307-1314)【关键词】液固分选流化床;受力分析;动力学方程;量级比较;干扰沉降【作者】孙铭阳;韦鲁滨;朱学帅;李大虎;李阳;刘俊丽【作者单位】中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院,北京,100083;中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院,北京,100083;中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院,北京,100083;中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院,北京,100083;中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院,北京,100083;中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院,北京,100083【正文语种】中文【中图分类】TD91液固分选流化床(liquid-solid fluidized bed separator, LSFBS)是一种广义的散式流化床，既有粗重颗粒透过床层的向下运动，也有轻细颗粒由上升水流经溢流堰带出，分选过程中床层减少的颗粒则由入料流不断补充。
基于DEM模拟液固流化床粒度级配对颗粒流动特性的影响
基于DEM模拟液固流化床粒度级配对颗粒流动特性的影响丁冬峰;程可;陆晓峰;朱晓磊;朱凌雪【摘要】采用离散单元方法(DEM)对三维液固流化床进行数值模拟.考虑润滑力的作用,对比二元混合、窄级配和宽级配3种粒度级配方式对颗粒分布、速度、温度波动和混合程度的影响.分析结果表明:大颗粒有向床层下部运动的趋势,而小颗粒则有向床层上部聚集的趋势;与窄级配相比,二元混合和宽级配的轴向速度在不同高度上差异较明显,且颗粒温度波动也较小,颗粒更加容易出现偏析;2种颗粒粒径差距越大,越容易分离,而粒径越接近,越难分离,混合程度越好.【期刊名称】《中国粉体技术》【年(卷),期】2018(024)002【总页数】8页(P18-25)【关键词】流化床;多相流;粒度级配;离散单元法;计算流体力学【作者】丁冬峰;程可;陆晓峰;朱晓磊;朱凌雪【作者单位】南京工业大学机械与动力工程学院,江苏南京211816;南京工业大学机械与动力工程学院,江苏南京211816;南京工业大学机械与动力工程学院,江苏南京211816;南京工业大学机械与动力工程学院,江苏南京211816;金陵科技学院,江苏南京211816【正文语种】中文【中图分类】TQ018液固流化床具有混合均匀、传热和传质性能好等优点，目前已被广泛应用于化工、食品技术、湿法冶金和水处理等诸多领域[1-2]。
目前对于气固流化床已经有了较为深入和系统的研究，而对液固流化床的研究较少。
液固流化床的放大、设计和运行主要取决于对颗粒力学行为和流动特征（如颗粒分布、流动形态和颗粒混合状态）的准确预测。
但是由于流化床内颗粒流体系统具有结构非均匀性、状态多值性、结构突变和结构的多尺度特征[3]，迄今为止仍然没有一套完整的理论体系来描述流化床内颗粒流体系统的动态特性，更缺乏液固流化床的放大与设计的通用方法，因此国际上此领域的研究受到学者的广泛关注[4-5]。
在流化床的研究中，实验方法可以获得较为可信的结果。
流化床中颗粒流化运动的直接数值模拟
流化床中颗粒流化运动的直接数值模拟X袁竹林(东南大学热能工程研究所,南京210018)摘 要:流化床燃煤锅炉对环境污染小的原因之一是在燃烧时向炉内加入脱硫剂,脱硫剂与煤颗粒一起沸腾流化,相互充分接触,脱硫剂对燃烧过程中产生的硫化物进行反应吸收。
由于喷入炉内的脱硫物质在粒径和密度上通常与煤颗粒不同,在流化区域上也存在差异。
为了了解不同粒径和密度颗粒在流化床内的运动规律,达到高效、经济的脱硫效果,采用直接数值模拟方法,对粒径和密度呈正态分布的物料在流化床内的流化运动区域进行了研究,得到了相关的结论。
关键词:流化床;颗粒流化区域;直接数值模拟中图分类号:T K229.66 文献标识码:A 文章编号:1006-8740(2001)02-0120-03Study on Fluidized Region of Particles Using Direct Simulation MethodYUAN Zhu-lin(T her mal Ener gy Eng ineer ing R esear ch Inst itute,So utheast U niver sity,N anjing210018,China)Abstract:Since fluidized bed boiler s have the advantag es o f high co mbustion efficiency and low env ir onmental pollu-tion,develping fluidized bed bo ilers has receiv ed ex tensiv e attentio n.T he physical pr o per ties o f desulphurizing ma-ter ials are usually differ ent fro m coal pa rticles in diam eter and density.In or der to desulphur ize efficiently and eco-nomically,it is significant to study t he fluidized r egion o f bed mat eria ls w it h differ ent diameter s and densities.In t his paper,the fluidized r eg io ns o f par ticles w it h differ ent diamet ers and densit ies wer e st udied using the dir ect nu-mer ical simulation metho d,and r elev ant co nclusions w ere draw n out.Keywords:fluidized bed;par ticle fluidized reg io n;direct numer ical simulation 流化床燃煤锅炉在燃煤时向炉内喷入脱硫剂(如石灰石),经流化床内颗粒间激烈沸腾混合,脱硫剂与燃烧产生的硫充分接触和反应吸收,以脱硫。
水平液固循环流化床颗粒分布状况的实验研究
第36卷第4期2008年4月化 学 工 程C HEM IC A L ENG I N EER I NG (C H I NA )V o.l 36N o .4A pr .2008基金项目:河北省自然科学基金资助项目(202016)作者简介:张少峰(1965 ),男,教授,主要从事化工过程多相流研究,电话:(022)60204471,E m ai:l shfzhang @h ebu t .edu .cn 。
水平液固循环流化床颗粒分布状况的实验研究张少峰,巩国栋,刘 燕(河北工业大学化工学院,天津 300130)摘要:为使水平液固循环流化床换热器更好地强化传热和防垢、除垢,管中颗粒的分布是关键,因此对卧式换热器前管箱进行改造,采用双进料口并在前管箱加入挡板,使得颗粒在管路中分布均匀。
在实验中自行设计了一套水平多管液固循环流化床实验装置。
采用CCD 图像采集系统,获得了颗粒的运动及分布状况。
研究表明:挡板的角度、颗粒密度等对颗粒分布性能都有较大影响。
通过对实验结果的分析,得到了使固体颗粒在管束中分布效果较好的挡板角度以及较适宜颗粒分布的运行参数,以指导工程放大应用。
关键词:水平循环流化床;颗粒分布;挡板角度;分布不均匀度中图分类号:TQ 051 文献标识码:A 文章编号:1005 9954(2008)04 0024 03Experi m ent al study of particles distri bution i n li qui d soli dhorizont al circul ati ng fl ui dized bedZHANG Shao feng ,GONG Guo dong ,LI U Yan(Schoo l o f Che m ica lEngineeri n g and T echnology ,H ebe iU niversity o fTechno logy ,T ian ji n 300130,China)Abst ract :To enhance heat transfer and prevent sca li n g and c lean the scales in li q u i d so li d horizontal circu lating fl u i d ized bed ,the front header w as refor m ed by using t w o i n lets and adding the baffle plate to un ifor m l y distribute t h e particles i n the p i p es .The CCD i m age co llecti o n syste m w ith m i g hty functi o n w as used in the experi m en t to atta i n the i m age of particle d istri b uti o n cond iti o ns .The effect o f the operating para m eters on the partic l e distributing perfor m ance of t h e distri b utors w as studied .Experi m enta l resu lts sho w t h at the angel of the baffle p late and particle dia m eter ,etc .have the effect on t h e perfor m ance o f the particle distri b u ti o n .Fro m the ana lysis o f experi m enta l resu lts ,the best ang le o f the baffle plate and the opti m um operati n g para m eters w ere ob tained ,w hich can be used to gu i d e the pro j e c.tK ey words :ho rizon tal circulating fl u idized bed ;partic les d i s tribution ;ang le o f baffle p late ;d istribution nonun ifor m ity液固循环流化床换热器设计和运行的关键之一就是要使换热设备中数量众多的管束的工况尽可能一致,同时循环管的结构和阻力要合适,才能实现有效可靠的颗粒循环。
液-固流化床中单个变形气泡的上升速度
液-固流化床中单个变形气泡的上升速度
张健;普勇;朱成凯
【期刊名称】《化学反应工程与工艺》
【年(卷),期】2000(016)001
【摘要】以气泡在上升运动过程中的受力分析为基础,建立了描述单个变形气泡在液-固流化床中上升速度的理论模型.应用该模型分别对球形和球帽形气泡在液-固流化床中的上升速度进行了计算,并将计算结果与在不同的床内压力、温度与颗粒相体积分数下气泡上升速度的实验测量数据进行了比较.
【总页数】5页(P14-18)
【作者】张健;普勇;朱成凯
【作者单位】清华大学工程力学系,北京,100084;清华大学工程力学系,北
京,100084;清华大学工程力学系,北京,100084
【正文语种】中文
【中图分类】TQ051.1+4
【相关文献】
1.变径液固流化床单个颗粒运动模拟 [J], 伍玲玲;胡林;张志军;喻清
2.气泡驱动液固流化床内二元颗粒的流化行为 [J], LIU Yingjie;ZHU Jesse
3.单个气泡在加压液-固流化床中上升速度的模型与计算 [J], 张健;岳敏
4.气—液—固三相流化床内气泡行为分区的初探 [J], 张立国;王一平;胡宗定
5.充气式液固流化床气泡尺寸分布及Sauter直径预测 [J], 冯来宏;柴志方;王帅;张瑞杰;曾鸣
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第31卷第2期2017年6月南华大学学报（自然科学版）Journal of University of South China(Science and Technolog^^)Vol.31 No.2Jun.2017文章编号：1673-0062 (2017)02-0013-04变径液固流化床单个颗粒运动模拟伍玲玲〗，胡林〗，张志军〗，喻清(1.南华大学核资源工程学院，湖南衡阳421001;2.中南大学资源与安全工程学院，湖南长沙410083)摘要：变径液固流化床内单个颗粒运动过程的研究对整个流场分析具有重要的作用.通过Fluent-E D E M耦合计算，对变径液固流化床内单个颗粒运动行为进行了数值模拟.结果表明：不同密度颗粒进入分选区后，分别具有不同的运动轨迹，能够实现按密度分离，模拟分选效果较好；不同密度颗粒轴向速度表现为先是在短时间内迅速增加，达到一定速度后，开始逐渐减小趋势；将模拟所得单个颗粒轨迹与轴向速度值分别与高速动态拍摄所得值比较，吻合较好.关键词：变径液固流化床；单个颗粒;Fluent-EDEM中图分类号:TD455 文献标志码:ASimulation of Single Particle Motion in Tapered DiameterLiquid-solid Fluidized BedWU Ling-ling1，HU Lin1，ZHANG Zhi-jun1，YU Qing1，2*(1. School of Nuclear Resources Engineering，University of South C hina，Hengyang，Hunan421001，C hina;2.School of Resources and Safety Engineering，Central South U niversity，Changsha，Hunan410083，C hina)Abstract :The study of the motion of individual particles in tapered diameter fluidized l)edhas an important effect on the whole flow fie ld analysis.The single particle motion in tapereddiameter liqu id-solid fluidized bed were researched by fluent-EDEM coupling simulation.Theresults showed that different density particles into the sorting area，respectively，w ith differenttrajectories，can be separated by density.The axial velocity of the particles w ith different densities increased first in a short period of tim e，and then decreased gradually after reaching acertain speed.The simulated results of the single particle trajectory and the axial velocity agree w ell w ith those obtained by high-speed dynamic photography.key words ：tapered diameter fluidized bed;single p a rticle;Fluent-EDEM收稿日期:2017-02-17基金项目：国家安全生产监督管理总局资助项目（hunan-0011-2016AQ);湖南省自然科学基金项目（2017JJ3274);湖 南省教育厅重点项目（17A84);湖南省教育厅资助项目（15C1189)作者筒介:伍玲玲（1987-)，女，实验师，主要从事矿业资源开发利用的研究.E-mail:wllshmily@ . *通讯作 者:喻清，E-mail:ckyuqingk@ 126. c om14 南华大学学报（自然科学版）2017年6月0引言F LU E N T软件是国、内外广泛应用于航空航天、生物医学、汽力工业、电子产品、运动器械、桥 梁、建筑等多种工业应用及科学研究领域的计算流体力学分析软件.E D E M是世界上第一个使用最先进的离散元技术进行颗粒系统仿真和分析的 通用C A E软件，可以快速、简便地建立颗粒系统的参数化模型，准确模拟颗粒的运动行为.EDEM 也是世界上第一个可以通过与C F D软件耦合来对固一液/气相系统进行颗粒尺度模拟的C A E软 件，可以与计算流体力学分析软件F lu e n t实现无 缝耦合[1_2]•计算时，E D E M与F lu e n t将流场中颗粒及流体的计算信息在每一个时间步长内相互传 递和更新，实现双向耦合—^者组成模拟气/液一 固两相流的强有力工具，可得到流场和颗粒系统相互作用的精确结果•因此，论文借助F lu e n t有 限元软件和E D E M离散元软件，采用计算流体力 学（computational flu id dynamics)与离散单元法(discrete element m ethod，DEM)相结合的方法，通 过F luent-E D E M耦合计算，对文献[4 ]变径液固流化床内部颗粒的运动行为进行仿真模拟，通过 数值模拟与实验测定结果的比较分析，为设计开 发此类分选床、优化过程操作和提高分选效率提供详细的数据支持和可靠的理论指导.1构建几何模型及网格划分由于充气式液固床中，充气量较小，仅在进气 口处对液固流态化有所干扰，对整体液固流态化影响不大[4-5]，因此这里将充气部分省略，即将充 气式液固流态化分选床简化为理想状态的液固流 化床•几何模型如图1(a)所示•使用gam bit软件对 模型进行网格划分，如图1(b)所示.(a)几何体 （b)网格划分图1变径流化床几何体（a)和网格划分（b)F ig.l Geometry (a)and mesh (b)of the bed主要结构和操作参数如表1.表1结构参数Table1Construction parameters参数符号数值床体底部直径/mm d60床体上部直径/mm D100床体高度/mm H400倾斜角/(°)一30网格数目一37 1682计算模型选择和边界条件设置首先基于C F D方法建立液相流动模型•液相 控制方程组包括连续性方程、动量守恒方程、液相 湍流模型.F L U E N T软件提供了多湍流模型，这里 选取标准模型[6-7].然后基于离散单元法(DEM)对于颗粒建立运动模型•颗粒与流体相互 作用力，包括曳力、气压梯度力、虚拟质量力和升力等，虚拟质量力和升力等其他相互作用力对模拟结果影响不大，因此这里忽略不计[8]•颗粒间相 互作用力选取弹性力、阻尼力，用弹性、阻尼及摩 擦滑移等机理模型来计算•体积力仅考虑重力[9-10].计算时，设定水流人口为速度进口边界，出口 为压力出口边界，其它界面均为壁面•具体边界条 件设置如表2所示.表2模拟参数设置Table2 Value of simulation parameters 相参数符号单位数值密度P kg/m31 900 〜8 900颗粒直径d i mm0.5滚动摩擦系数Mr mm0.005固相滑动摩擦系数M s-0.3泊松比V-0.3杨氏模量E N/m21x107阻尼系数c-0.3入口粒子速度一m/s0.5密度P kg/m3998.2液相粘度Pa • s0.001入口速度m/s0.5 〜1.5出口压力Pa101325第31卷第2期伍玲玲等:变径液固流化床单个颗粒运动模拟153模拟结果3.1单个不同密度颗粒分离过程仿真设置铜颗粒密度为8.9 g /cm 3、铁颗粒密度为 5.6 g /cm3、铝颗粒密度为2.7 g /cm 3、玻璃树脂颗 粒密度为2.1 g /cm3、塑料颗粒密度为1.7 g /cm 3, 粒径均为1 m m ，分别考察单个在水流速度1 m /s 时颗粒在床体中运动轨迹，仿真模拟过程见图2.图2不同密度的单个颗粒运动轨迹Fig .2 The trajectory of the individual particles从图2中可以看出，不同密度的颗粒，分别具有 不同的运动轨迹，颗粒密度差别越大，运动轨迹相似 性越小;密度大的颗粒最终下沉，密度小的颗粒最终 上浮;图2中，密度最大的铜颗粒从床体底部出口流 出，密度最小的塑料颗粒从床体上部出口流出，密度 大小居中的铝颗粒在分选床内停留时间最长.将文献[4]中试验得到的单个塑料颗粒轴向 运动轨迹与仿真模拟所得结果进行比较，比较结 果如图3所示.0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0时间间隔/s图3塑料颗粒轴向位移实验值与模拟值对比 Fig .3 Axial displacement comparison betweenexperiment and simulation of plastic particles从图3可以看出，高速摄像所得塑料颗粒轴 向位移值略大于模拟值，这是因为文献[4]中实 验采取的实际水流速度为1.5 m /s ，而模拟设置的 水流速度为1 m /s ;两条速度曲线变化趋势类似， 均呈上升变化趋势，说明模拟所得结果与实验所 得结果吻合较好.3.2单个不同密度颗粒轴向速度随时间变化关系图4为从1.0 s 颗粒产生到4.0 s 仿真结束这 段时间内，铜、铁、铝、树脂以及塑料这五种颗粒的 速度随时间变化曲线.从图4中可以看出，每种颗粒在刚产生的时 候，初始速度为零，由于受到上升水流对其产生的 向上的瞬时冲击力，速度变化很大，速度在短时间 内迅速增加;随着时间的推进，由于颗粒自身重力 影响，颗粒速度开始减小.其中，铜颗粒、铁颗粒、 铝颗粒、玻璃树脂颗粒在未从床体排出时，先后达 到受力平衡状态，速度趋于零，因此停留在床体下 壁面不同位置上，这与图2中铜颗粒、铁颗粒、铝 颗粒、玻璃树脂颗粒运动轨迹图相符;塑料颗粒由 于自身密度小，水流对其作用力远远大于颗粒自 身重力，因此塑料颗粒在未达到受力平衡之前就 已从出口排出，离开床体时速度为0.14 m /s ，这与 图2中塑料颗粒轨迹图相符.将文献[4]中试验得到的单个塑料颗粒轴向 速度与仿真模拟所得结果进行比较，比较结果如 图5所示.由于实验采取的水流速度大于模拟设 置的水流速度，且实际实验设备尺寸大于模拟床 体尺寸，加上模拟采用的是简化的理想状态的流 化床，因此图5中模拟值和实验值不可能完全一 致.但是二者变化规律基本相似，颗粒进人床体受 水流作用有短时间的扰动，然后达到稳定，轴向速 度呈逐渐减小趋势，（下转第24页）050505055443322124南华大学学报（自然科学版)2017年6月1.0 1.52.0 2.53.0时间/s 图5塑料颗粒轴向速度实验值与模拟值对比Fig .5 Axial velocity comparison between experimentand simulation of plastic particle4结论通过Fluent-EDEM 耦合计算，对变径液固流化 床内单个颗粒运动行为进行了数值模拟•结果表明：1) 不同密度颗粒进人分选区后，分别具有不 同的运动轨迹，能够实现按密度分离，模拟分选效果较好•2) 不同密度颗粒轴向速度表现为先是在短时间内迅速增加，达到一定速度后，开始有逐渐减小趋势•3) 将模拟所得单个颗粒轨迹与轴向速度值 分别与高速动态拍摄所得值比较，吻合较好.(上接第15页）说明模拟所得结果能较好的反应颗粒在变径液固 流化床中床中的运动情况.参考文献：[1] 周艳丽，王小飞，余永昌•基于EDEM 软件的螺旋提土 装置最佳间隙的研究和分析[J ] •农机化研究，2017, 39(1) ：38-42.[2] GEYER B ，LORENZ G ，KANDELBAUER Recycling of poly ( ethylene terephthalate ) -a review focusing on chemical methods[ J] •Express Polymer Letters ，2016，10(7) :559-586,[3] 张尉林-FLUENT 软件与IDEM 软件的耦合及其应用 研究[D] •长春:吉林大学，2013，[4] 胡林，伍玲玲，喻清，等•充气式液固流化床内颗粒运 动研究[J] •矿山机械，2016,44(9) :62-65,[5] ZHONG W Q ，YU A B ，LIU X J^DEM/CFD-DEM modelling of non-spherical particulate systems ： theoreticaldevelopments and applications [ J] • Powder Technology ，2016,302：108-152^[6] 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