基于粗糙顆粒動理學流化床內顆粒與冪律流體兩相流動特性的數值模擬研究

田瑞超，王淑彥，邵寶力，李好婷，王玉琳

（東北石油大學石油工程學院，黑龍江大慶163318）

引 言

液固流化床具有顆粒與液體混合較為均勻，傳質傳熱速率高等優(yōu)點[1-3]，廣泛應用于生物工程、環(huán)境工程、食品加工、離子交換、吸收等領域[4-8]。但液固系統(tǒng)本身具有非線性、結構不均勻性和流域多態(tài)性[9-11]，使得流化床內液固兩相流動特性較為復雜。顆粒動理學理論是針對高濃度顆粒流動研究的理論與方法，其借鑒氣體分子動力學理論，改進了對顆粒碰撞的描述。顆粒動理學假設顆粒做平動運動，顆粒間的碰撞為二體非彈性碰撞，顆粒間的碰撞概率由顆粒徑向分布函數來確定。目前已廣泛應用該理論對流固兩相流動特性進行研究[12-14]。然而該理論假設顆粒為光滑顆粒，忽略顆粒做旋轉運動。實際上，顆粒表面往往具有粗糙度，對于表面粗糙的顆粒，顆粒在相互作用過程中不僅產生瞬時直接碰撞作用，同時會產生摩擦作用。顆粒相互摩擦作用傳遞剪切應力、相互擠壓傳遞正壓力，這就使得顆粒在彼此間相互碰撞以及液相湍流等作用下產生旋轉[15]。顆粒旋轉現(xiàn)象普遍存在于多相流動中，如固體顆粒在管道內氣力、液力輸送，各種氣固、液固分離裝置等。顆粒旋轉不但會影響顆粒的運動軌跡，而且對固相流場以及周圍的氣相或液相流場也會產生相應的影響[16-19]。這意味著顆粒旋轉在流固兩相流動中的作用是不容忽視的。

含有顆粒的冪律流體流動廣泛存在于石油化工、食品生產以及日常生活中。……