基于CFD的内构件强化内循环流化床流场结构

基于 CFD 的内构件强化内循环流化床流场结构分析
朱家亮， 陈祥佳， 张涛， 冯春华， 韦朝海
收稿日期：2011-01-09 修回日期：2011-02-01 * 华南理工大学环境科学与工程学院 ， 工业聚集区污染控制与生态修复教育部重点实验室， 广州 510006 录用日期：2011-02-28
摘要：针对流化床内部流体结构的复杂性和缺乏有效放大设计理论的问题 ， 以漏斗型导流内构件强化的内循环流化床的气液运动为研究对象， 利用欧拉欧拉双流体模型构建了能描述其复杂流动的 CFD 数学模型， 通过宏观流场、 气含率分布、 液体速度分布解析内构件对气液混合传质 流化床中漏斗型导流内构件的置入能够稳定流场和增加气 的作用原理． 数值模拟结果表明 ： 双流体模型能较好地揭示流化床内气液流场结构， 泡的停留时间 ， 明显提高相际间的混合与传质效果 ； 通过数值分析的直观与量化获知， 特定条件下上升区气含率增加 10% 25% ， 下降区气含 液体循环速度被一定程度降低 ， 下降区的气泡较多地聚集于顶部， 形成了气含率接近于 1 的区域而构成分布上的不均 率的峰值增大约 10 倍， 在实际废水处理中应该寻求合适的操作区域与内构件型式 ， 以达到液体循环速度和气含率等流体力学特性的数值结 匀． 数值分析的结果启示 ， 构优化， 最终实现反应器的功能化与优化设计的结合 ． 关键词：废水处理； 生物流化床； 内构件； 流体力学； 数值模拟； CFD 2468 （ 2011 ） 06-1212-08 文章编号：0253中图分类号：X703 文献标识码：A
Abstract： The development of fluidized bed reactors suffers from drawbacks including a poor understanding of the complexity of internal fluid flow and the Eulerian doublephase model lack of an efficient theory for scaleup of the design． A computational fluid dynamics （ CFD） simulation using the Eulerianwas used for predicting the complex twophase flow in a reactor which was enhanced by implanting an funnelshaped internal in the internalloop fluidized bed reactor． The role of the conical baffle in improving the gasliquid mixing was explored by investigating the flow field，the gas holdup distribution and the liquid velocity distribution． The simulation results demonstrate that the EulerianEulerian model reasonably predicts the twophase flow in the fluidized bed． The coneshaped baffle is favorable for improving gasliquid mass transfer by increasing the flow conductivity of both gas and liquid and extending the bubble retention time． The presence of the conical baffle results in an increase in the gas holdup by 10% 25% in the rising area and by a maximum of uniform distribution of bubbles is also observed in ten times in the downcomer area，but also a noticeable decrease in the liquid circulation velocity． Nonthe downcomer area，and specifically the gas holdup in some areas is found to approach 1． The simulation results imply that the appropriate range of gas velocity and type of the implanted baffle should be rationalized to achieve the optimal liquid circulation velocity and gas holdup，thus leading to the optimization of reactor function and system design． Keywords： wastewater treatment； internalloop fluidized bed； coneshaped baffle； hydrodynamics； numerical simulation； CFD （ computational fluid dynamics）
Key Lab of Pollution Control and Ecosystem Restoration in Industry Clusters， College of Environmental Science and Technology， South China University of Technology，Guangzhou 510006 Received 9 January 2011 ； received in revised form 1 February 2011 ； accepted 28 February 2011
第 Baidu Nhomakorabea1 卷第 6 期 2011 年 6 月
环 境 科 学 学 报 Acta Scientiae Circumstantiae
Vol． 31 ， No． 6 Jun． ， 2011
． 环境科学学报， 31 （ 6 ） ： 1212-1219 朱家亮， 陈祥佳， 张涛， 等． 2011． 基于 CFD 的内构件强化内循环流化床流场结构分析［J］ loop fluidized bed reactor with a Zhu J L，Chen X J，Zhang T，et al． 2011． Computational fluid dynamics simulation of hydrodynamics in an internalfunnelshaped internal［ J］ ． Acta Scientiae Circumstantiae， 31 （ 6 ） ： 1212-1219
Computational fluid dynamics simulation of hydrodynamics in an internalloop fluidized bed reactor with a funnelshaped internal
ZHU Jialiang，CHEN Xiangjia，ZHANG Tao，FENG Chunhua，WEI Chaohai *