氣液兩相在多孔介質(zhì)內(nèi)同向向上流動的CFD研究 (1)

1、氣液兩相在多孔介質(zhì)內(nèi)同向向上流動的CFD研究 (1)    計算流體力學(xué)中歐拉模型，研究了氣液兩相在球形多孔介質(zhì)填充床內(nèi)同向向上流動情況.分別采用Tung & Siefken模型、Schulenberg模型以及Attou模型通過用戶自定義功能的形式添加氣固、液固、氣液間曳力程序?qū)μ畛浯擦鲃忧闆r進(jìn)行CFD三維數(shù)值模擬.對其模擬結(jié)果與實測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)：Tung & Siefken的模型更適合模擬在常溫常壓下直徑在28 mm的球形多孔介質(zhì)內(nèi)氣液兩相流流動，此模型CFD數(shù)值模擬的壓降差、持液量結(jié)果均與實測數(shù)據(jù)吻合很好.關(guān)鍵詞：歐拉模型；氣液兩

2、相流；多孔材料；數(shù)值模擬中圖分類號：X11 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A在現(xiàn)代許多工程技術(shù)領(lǐng)域中,比如在核電工業(yè)的核反應(yīng)堆、石油化工的固化床和流化床、環(huán)境工程的脫硫塔、曝氣生物濾池和滴濾池中，都存在大量關(guān)于多孔介質(zhì)內(nèi)氣液兩相流動問題1-5.因此，開展多孔介質(zhì)內(nèi)氣液兩相流動的研究，具有十分重要的意義.目前，國內(nèi)外對于多孔介質(zhì)內(nèi)氣液兩相流動的研究多為理論分析和實驗研究,且大部分研究都集中在氣液同向向下流動,而對氣液同向向上流動的研究較少，應(yīng)用計算流體力學(xué)(CFD)三維數(shù)值模擬氣液同向向上流動還尚未見報導(dǎo).Chu1等在試驗的基礎(chǔ)上研究玻璃球床內(nèi)空氣和水兩相向上流動,主要研究多孔介質(zhì)粒徑、軸線床層孔隙率的變化、氣液

3、流量對壓降和持液量影響.Schulenberg2等在實驗基礎(chǔ)上，在粗碎片多孔介質(zhì)內(nèi)考慮蒸汽與液體間曳力，提出了多孔介質(zhì)內(nèi)多相流壓降和持液量模型.Tung等3在多孔介質(zhì)內(nèi)兩相流實驗的基礎(chǔ)上，提出泡狀流等不同流態(tài)概念并建立了一維壓降預(yù)測和持液量模型.Molga等 4研究了在高壓下吸收塔內(nèi)CO2氣體與液相流動,考慮了系統(tǒng)壓力、氣相和液相表觀速度、液相粘度以及多孔介質(zhì)粒徑對壓降和持液量影響.Schmidt5通過總結(jié)大多數(shù)學(xué)者關(guān)于多孔介質(zhì)內(nèi)氣液同向向上流動的壓降模型,并在大量實驗基礎(chǔ)上提出了自己的壓降和持液量模型,但通用性不強(qiáng).本文首次應(yīng)用CFD三維數(shù)值模擬在常溫常壓下球形多孔介質(zhì)內(nèi)空氣和水的兩相流流動

4、，分別采用Tung & Siefken模型，Schulenberg模型以及Attou模型定性分析氣液流量和多孔介質(zhì)粒徑對壓降的影響,利用CFD對多孔介質(zhì)內(nèi)氣液兩相同向向上流動進(jìn)行三維數(shù)值模擬以確定最佳模型.4 結(jié)論在常溫常壓ReL=33300，ReG=10650內(nèi)，本文基于Fluent計算流體力學(xué)軟件中歐拉模型，分別采用Tung & Siefken模型、Schulenberg模型以及Attou模型，通過用戶自定義功能編寫氣固、液固、氣液間的曳力系數(shù)程序到軟件中的形式，首次對球形多孔介質(zhì)填充床內(nèi)氣液兩相向上流動進(jìn)行CFD三維數(shù)值模擬. 通過模擬發(fā)現(xiàn)，Tung & Sief

5、ken模型更適合應(yīng)用于粒徑為28 mm的多孔介質(zhì)球體內(nèi)氣液兩相流的數(shù)值模擬, 模擬壓降值與實測值基本一致，平均相對誤差為7.3%. CFD數(shù)值模擬的持液量與實測值變化基本一致，但是存在一定的誤差.參考文獻(xiàn)1 CHU W, DHIR V K, MARSHALL J. Study of pressure drop, void fraction and relative permeabilities of two phase flow through porous mediaJ.Heat TransferSeattle, AIChE Symposium series, 1983, 79: 224-2

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11、porous media channelD Harbin: College of Nuclear Science and Technology,Harbin Engineering University, 2009. (In Chinese) .7 SIEFKEN L J, CORYELL E W. SCDAP/RELAP5 modeling of heat transfer and flow losses in lower head porous debrisR. Idaho Falls: Idaho National Laboratory, 1999.8 ATTOU A, FERSCHNE

12、IDERR G. A twofluid hydrodynamic model for the transition between trickle and pulse flow in a cocurrent gasliquid packed bed reactorJ. Chemical Engineering Science, 2000, 55: 491-511.9 李振鵬. 球床多孔介質(zhì)通道單相流體流動特性研究D. 哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，2009.LI Zhenpeng. Study on single phase flow in pebblebed porous media channelDHarbin: College of Nuclear Science and Technology,Harbin Engineering University, 2009. (In Chinese) 10廖永浩. 微球床多孔介質(zhì)通道氣液兩流特性研究D. 哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)