颗粒段塞流的大涡模拟

亚网格动能模型

该大涡模拟方法结合亚网格颗粒动能模型，能更准确预测气固段塞流中的颗粒动力学行为。

刘杨 · Jiatong, Liu · Xue, Liu · Li, Guohui · 周丽星

Chemical Engineering Journal 2024

参数信息

顶部表面中心功率谱密度最大频率与壁面比值

4.5

顶部表面垂直气泡状雷诺应力与横向比值

4.0

中心处亚网格颗粒动能均值与z=10.0 cm处比值

3.5

中心处亚网格颗粒动能标准差与z=10.0 cm处比值

3.5

中间截面颗粒剪切应力中心区均值与壁面比值

8.0

中间截面颗粒剪切应力标准差中心区与壁面比值

11.0

技术优势

模型更准

在亚网格尺度引入颗粒动能模型，并采用二阶矩湍流模型和四向耦合，模拟结果与实验数据及离散颗粒模型一致。

捕捉气泡卷吸

模型能够再现气泡运动对颗粒的卷吸效应，揭示高、低浓度区之间的颗粒循环流型。

揭示非均匀性

模拟显示顶部表面中心与壁面区在功率谱密度频率、雷诺应力及亚网格颗粒动能上存在数倍差异，体现了强非均匀颗粒弥散特性。

应力差异显著

中间截面颗粒剪切应力的中心区均值可达壁面的8.0倍，标准差达11.0倍，可为设备壁面磨损评估提供依据。

应用场景

• 气固流模拟：提供更准确的颗粒动力学预测工具，可替代现有忽略亚网格效应的模型。
• 流化床反应器设计：揭示气泡卷吸及颗粒循环模式，有助于优化床内流动和反应效率。
• 颗粒输送系统：量化中心与壁面剪切应力差异，为输送管道磨损评估提供参考。