窄篩分顆粒氣固流態化特性數值模擬研究

郭昊乾,李雪飛，李小亮

(1.煤炭科學技術研究院有限公司 北京煤化工研究分院，北京 100013;2.煤基節能環保炭材料北京市重點試驗室，北京 100013; 3.煤炭資源高效開采與潔凈利用國家重點實驗室，北京 100013)

0 引 言

流態化技術由于具有可連續化生產、傳熱傳質速率高、可降低或消除內擴散阻力等優點而被廣泛應用于化工生產中[1]。不同流化體系顆粒粒徑不同，如流化床法制備多晶硅過程中[2-3]，初始加入的晶種顆粒粒徑很小，隨著反應進行，顆粒逐漸長大直至被取出；而在生物質熱裂解流化床中，加入流化床的生物質顆粒較大，隨著裂解反應進行顆粒不斷收縮[4]。

早期的流態化理論以研究散式流態化為主，繼Kwauk等首次提出“散式”和“聚式”2種不同類型的流態化現象后，Richardson等提出了散式流態化床層膨脹公式，之后Kwauk以氣固相對滑移速度取代公式中的氣速，使其適用于顆粒有進有出的散式流態化系統，從而形成“廣義流態化理論”[2-4]。

散式流態化指顆粒在流體中分散均勻的流態化體系，多為液-固體系。氣-固流化床(鼓泡流化床)普遍存在氣泡，屬于聚式流態化。在氣-固流化體系中，在實際氣速大于最小流化速度時，氣體將不再均勻分布在顆粒的間隙中，而是在床層底部形成氣泡并不斷向上穿過顆粒床層，氣泡在上升過程中發生聚并、破裂[5]。氣泡的產生及演化行為對氣-固兩相的流化特性、傳遞過程和化學反應影響顯著[6-9]。

計算流體力學(CFD)模型提供了強大的多相流體計算方法，在氣固兩相流態化研究領域應用廣泛[10-11]?！?br>