基于Fluent模擬氣固循環(huán)流化床反應(yīng)器內(nèi)流化情況

2017-01-11  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)

基于Fluent模擬氣固循環(huán)流化床反應(yīng)器內(nèi)流化情況

1. 模擬原理和結(jié)果

采用Fluent計算流體力學(xué)軟件,建立數(shù)學(xué)理論模型基,于雙歐拉模型對氣固循環(huán)流化床反應(yīng)器內(nèi)流動特性進行數(shù)值模擬。

雙流體模型具有嚴(yán)格的理論性、計算量小、應(yīng)用范圍廣等特點,是目前描述氣固兩相流,尤其是稠密氣固兩相流最先進的模型之一。

首先,列出氣相和顆粒相質(zhì)量守恒方程(連續(xù)性方程)。 其中,顆粒相粘性力,對于該力在經(jīng)典的方法中把它表示為三部分之和,即壓力梯度、顆粒的碰撞粘度與動力粘度之和。

不同的動力粘度的表達式,即構(gòu)成不同雙歐拉模型,一般有Syamlal et al與 Gidaspow et al 兩種表達關(guān)系式。然后利用有限體積法法建立離散方程,即控制容積積分法,該方法的優(yōu)點在于它具有較為明確的物理意義,因為它在整個計算區(qū)域,質(zhì)量、動量及能量這些物理量的積分守恒都可以得到精確的滿足。

最后通過設(shè)置步長和松弛因子等,再通過不斷地迭代,可以模擬出不同組分在氣固循環(huán)流化床反應(yīng)器中的流化情況,結(jié)果如下。

1.1 丙烷的流化情況

在0~10s內(nèi),每隔1秒,反應(yīng)物丙烷的流化情況如圖1所示。

圖1. 0~10s內(nèi)反應(yīng)物丙烷的流化情況

從上圖中可以得出結(jié)論,隨著時間的不斷增加,氣固循環(huán)流化床反應(yīng)器中反應(yīng)物丙烷的湍動程度越來越劇烈,反應(yīng)物丙烷的摩爾濃度不斷減小。

在0~10s內(nèi)反應(yīng)物丙烷的摩爾濃度隨氣固循環(huán)流化床的高度變化而變化的情況如圖2所示。

圖2. 反應(yīng)物丙烷的摩爾濃度隨氣固循環(huán)流化床的高度變化而變化的情況

從上圖中可以看出,隨著氣固循環(huán)流化床的高度的不斷增加,反應(yīng)物丙烷的摩爾濃度先急劇減小,后急劇增大,最后再緩慢減小與增大,進行著波動,這與反應(yīng)物丙烷的湍動程度有一定的關(guān)系。

1.2 氧氣的流化情況

在0~10s內(nèi),每隔1秒,反應(yīng)物氧氣的流化情況如圖3所示。

圖3. 0~10s內(nèi)反應(yīng)物氧氣的流化情況

從上圖中可以得出結(jié)論,隨著時間的不斷增加,氣固循環(huán)流化床反應(yīng)器中反應(yīng)物氧氣的湍動程度越來越劇烈,反應(yīng)物氧氣的摩爾濃度不斷減小。

在0~10s內(nèi)反應(yīng)物氧氣的摩爾濃度隨氣固循環(huán)流化床的高度變化而變化的情況如圖4所示。

圖4. 反應(yīng)物氧氣的摩爾濃度隨氣固循環(huán)流化床的高度變化而變化的情況

從上圖中可以看出,隨著氣固循環(huán)流化床的高度的不斷增加,反應(yīng)物氧氣的摩爾濃度先急劇減小,后急劇增大,最后再緩慢減小與增大,進行著波動,這與反應(yīng)物氧氣的湍動程度有一定的關(guān)系。

1.3 丙烯酸的流化情況

在0~10s內(nèi),每隔1秒,生成物丙烯酸的流化情況如圖5所示。

圖5. 0~10s內(nèi)生成物丙烯酸的流化情況

從上圖中可以得出結(jié)論,隨著時間的不斷增加,氣固循環(huán)流化床反應(yīng)器中生成物丙烯酸的湍動程度越來越劇烈,生成物丙烯酸的摩爾濃度不斷增大。

在0~10s內(nèi)生成物丙烯酸的摩爾濃度隨氣固循環(huán)流化床的高度變化而變化的情況如圖6所示。

圖6. 生成物丙烯酸的摩爾濃度隨氣固循環(huán)流化床的高度變化而變化的情況

從上圖中可以看出,隨著氣固循環(huán)流化床的高度的不斷增加,生成物丙烯酸的摩爾濃度先急劇增大,后急劇減小,最后再緩慢增大與減小,進行著波動,這與生成物丙烯酸的湍動程度有一定的關(guān)系。

1.4水的流化情況

在0~10s內(nèi),每隔1秒,生成物水蒸氣的流化情況如圖7所示。

圖7. 0~10s內(nèi)生成物水蒸氣的流化情況

從上圖中可以得出結(jié)論,隨著時間的不斷增加,氣固循環(huán)流化床反應(yīng)器中生成物水蒸氣的湍動程度越來越劇烈,生成物水蒸氣的摩爾濃度不斷增大。

在0~10s內(nèi)生成物水蒸氣的摩爾濃度隨氣固循環(huán)流化床的高度變化而變化的情況如圖8所示。

圖8. 生成物水蒸氣的摩爾濃度隨氣固循環(huán)流化床的高度變化而變化的情況

從上圖中可以看出,隨著氣固循環(huán)流化床的高度的不斷增加,生成物水蒸氣酸的摩爾濃度先急劇增大,后急劇減小,最后再緩慢增大與減小,進行著波動,這與生成物水蒸氣的湍動程度有一定的關(guān)系。

1.5 催化劑的流化情況

在0~1s內(nèi),催化劑的流化情況如圖9所示。

圖9. 在0~1s內(nèi)催化劑在不同提升管高度下的流化情況(側(cè)視圖和俯視圖)

從上圖中可以看出,隨著氣固循環(huán)流化床的高度的不斷增加,催化劑的流化情況減弱,趨于均勻。

1.6氣固兩相的體積分?jǐn)?shù)

1.6.1氣相的體積分?jǐn)?shù)

在0~1s內(nèi)氣相的體積分?jǐn)?shù)隨氣固循環(huán)流化床的高度變化而變化的情況如圖11所示。

圖11. 在0~1s內(nèi)氣相的體積分?jǐn)?shù)隨氣固循環(huán)流化床的高度變化而變化的情況

1.6.2 固相的體積分?jǐn)?shù)

在0~1s內(nèi)固相的體積分?jǐn)?shù)隨氣固循環(huán)流化床的高度變化而變化的情況如圖12所示。

圖12. 在0~1s內(nèi)固相的體積分?jǐn)?shù)隨氣固循環(huán)流化床的高度變化而變化的情況

1.7 氣相的壓力

在0~1s內(nèi)氣相的壓力隨氣固循環(huán)流化床的高度變化而變化的情況如圖13所示。

圖13. 在0~1s內(nèi)氣相的壓力隨氣固循環(huán)流化床的高度變化而變化的情況

1.7 求解殘差

在0~1s內(nèi)求解殘差隨氣固循環(huán)流化床的高度變化而變化的情況如圖14所示。

圖14. 在0~1s內(nèi)求解殘差隨氣固循環(huán)流化床的高度變化而變化的情況

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