微型流化床的数值模拟及混合特性研究

【摘要】微型流化床反应分析仪是中国科学院过程工程研究所研制的具有等温微分反应特性且适合于气固反应分析的新仪器。细微样品与高温流化介质的瞬间混合是该仪器实现等温微分的必要条件，而数值模拟方法可以再现难以通过实验准确表征的复杂多相混合过程，对该项工作具有实际意义。为此，本文针对该微型流化床进样装置及床内物料流动与混合进行数值模拟研究，为仪器的关键部件开发与优化提供了理论指导。本文首先总结了微型流化床的研究进展，介绍了流化床内气固流动数值模拟方法的特点和研究现状，并分析了采用数值模拟手段描述微型流化床内混合特性的必要性。进而采用欧拉-欧拉模型对微型流化床反应分析仪系统中的基础反应器进行了三维数值模拟研究，探究了微型流化床内气固流动规律并发现脉冲进样载气对床内流动结构有较大的影响。在此基础上，对连接不同进样器的微型反应器本体进行了数值模拟，得到了不同喷口结构和位置下的流动图景及混合区浓度的标准偏差曲线，定量表征了各种进样器的混合质量。采用高速摄像手段获得了冷态实验中颗粒流动的快照，验证了模拟计算结果的合理性。模拟结果对脉冲射流微量进样器结构的优化提出了如下建议：进样细管应避免采用弯角喷口，弯角结构会导致脉冲进样载流气喷出方向与流化气流相逆，使得细微颗粒试样堆积滞留，影响混合效果。同时通过考察不同因素对微型流化床反应器内混合效果的影响，得到了优化结构下的脉冲进样速度和试样粒径的最优参数。随后实现了适用于非规则网格体系的基于双流体模型的DEM-CFD耦合方法，并应用此方法对微型流化床内气固流动规律进行了初步的研究，结果表明流场中的动态变化特性符合常见的流态化现象。最后对全文进行了整体性的总结并展望未来研究工作的方向。
【作者】杨旭；
【导师】蒋富明；葛蔚；
【作者基本信息】吉林大学，应用化学，2014，硕士
【关键词】微型流化床；混合；喷口结构；优化；数值模拟；DEM-CFD；

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