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2017-01-11 by:CAE仿真在线 来源:互联网
基于Fluent模拟气固循环流化床反应器内流化情况
1. 模拟原理和结果
采用Fluent计算流体力学软件,建立数学理论模型基,于双欧拉模型对气固循环流化床反应器内流动特性进行数值模拟。
双流体模型具有严格的理论性、计算量小、应用范围广等特点,是目前描述气固两相流,尤其是稠密气固两相流最先进的模型之一。
首先,列出气相和颗粒相质量守恒方程(连续性方程)。 其中,颗粒相粘性力,对于该力在经典的方法中把它表示为三部分之和,即压力梯度、颗粒的碰撞粘度与动力粘度之和。
不同的动力粘度的表达式,即构成不同双欧拉模型,一般有Syamlal et al与 Gidaspow et al 两种表达关系式。然后利用有限体积法法建立离散方程,即控制容积积分法,该方法的优点在于它具有较为明确的物理意义,因为它在整个计算区域,质量、动量及能量这些物理量的积分守恒都可以得到精确的满足。
最后通过设置步长和松弛因子等,再通过不断地迭代,可以模拟出不同组分在气固循环流化床反应器中的流化情况,结果如下。
1.1 丙烷的流化情况
在0~10s内,每隔1秒,反应物丙烷的流化情况如图1所示。
图1. 0~10s内反应物丙烷的流化情况
从上图中可以得出结论,随着时间的不断增加,气固循环流化床反应器中反应物丙烷的湍动程度越来越剧烈,反应物丙烷的摩尔浓度不断减小。
在0~10s内反应物丙烷的摩尔浓度随气固循环流化床的高度变化而变化的情况如图2所示。
图2. 反应物丙烷的摩尔浓度随气固循环流化床的高度变化而变化的情况
从上图中可以看出,随着气固循环流化床的高度的不断增加,反应物丙烷的摩尔浓度先急剧减小,后急剧增大,最后再缓慢减小与增大,进行着波动,这与反应物丙烷的湍动程度有一定的关系。
1.2 氧气的流化情况
在0~10s内,每隔1秒,反应物氧气的流化情况如图3所示。
图3. 0~10s内反应物氧气的流化情况
从上图中可以得出结论,随着时间的不断增加,气固循环流化床反应器中反应物氧气的湍动程度越来越剧烈,反应物氧气的摩尔浓度不断减小。
在0~10s内反应物氧气的摩尔浓度随气固循环流化床的高度变化而变化的情况如图4所示。
图4. 反应物氧气的摩尔浓度随气固循环流化床的高度变化而变化的情况
从上图中可以看出,随着气固循环流化床的高度的不断增加,反应物氧气的摩尔浓度先急剧减小,后急剧增大,最后再缓慢减小与增大,进行着波动,这与反应物氧气的湍动程度有一定的关系。
1.3 丙烯酸的流化情况
在0~10s内,每隔1秒,生成物丙烯酸的流化情况如图5所示。
图5. 0~10s内生成物丙烯酸的流化情况
从上图中可以得出结论,随着时间的不断增加,气固循环流化床反应器中生成物丙烯酸的湍动程度越来越剧烈,生成物丙烯酸的摩尔浓度不断增大。
在0~10s内生成物丙烯酸的摩尔浓度随气固循环流化床的高度变化而变化的情况如图6所示。
图6. 生成物丙烯酸的摩尔浓度随气固循环流化床的高度变化而变化的情况
从上图中可以看出,随着气固循环流化床的高度的不断增加,生成物丙烯酸的摩尔浓度先急剧增大,后急剧减小,最后再缓慢增大与减小,进行着波动,这与生成物丙烯酸的湍动程度有一定的关系。
1.4水的流化情况
在0~10s内,每隔1秒,生成物水蒸气的流化情况如图7所示。
图7. 0~10s内生成物水蒸气的流化情况
从上图中可以得出结论,随着时间的不断增加,气固循环流化床反应器中生成物水蒸气的湍动程度越来越剧烈,生成物水蒸气的摩尔浓度不断增大。
在0~10s内生成物水蒸气的摩尔浓度随气固循环流化床的高度变化而变化的情况如图8所示。
图8. 生成物水蒸气的摩尔浓度随气固循环流化床的高度变化而变化的情况
从上图中可以看出,随着气固循环流化床的高度的不断增加,生成物水蒸气酸的摩尔浓度先急剧增大,后急剧减小,最后再缓慢增大与减小,进行着波动,这与生成物水蒸气的湍动程度有一定的关系。
1.5 催化剂的流化情况
在0~1s内,催化剂的流化情况如图9所示。
图9. 在0~1s内催化剂在不同提升管高度下的流化情况(侧视图和俯视图)
从上图中可以看出,随着气固循环流化床的高度的不断增加,催化剂的流化情况减弱,趋于均匀。
1.6气固两相的体积分数
1.6.1气相的体积分数
在0~1s内气相的体积分数随气固循环流化床的高度变化而变化的情况如图11所示。
图11. 在0~1s内气相的体积分数随气固循环流化床的高度变化而变化的情况
1.6.2 固相的体积分数
在0~1s内固相的体积分数随气固循环流化床的高度变化而变化的情况如图12所示。
图12. 在0~1s内固相的体积分数随气固循环流化床的高度变化而变化的情况
1.7 气相的压力
在0~1s内气相的压力随气固循环流化床的高度变化而变化的情况如图13所示。
图13. 在0~1s内气相的压力随气固循环流化床的高度变化而变化的情况
1.7 求解残差
在0~1s内求解残差随气固循环流化床的高度变化而变化的情况如图14所示。
图14. 在0~1s内求解残差随气固循环流化床的高度变化而变化的情况
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