1、流化床中的CFD-DEM耦合模拟流化床的基本概念 当通过床层的流体流量较小时，颗粒受到的升力（浮力与曳力之和）小于颗粒自身重力时，颗粒在床层内静止不动，流体由颗粒之间的空隙通过。此时床层称为固定床。随着流体流量增加，颗粒受到的曳力也随着增大。若颗粒受到的升力恰好等于自身重量时，颗粒受力处于平衡状态，故颗粒将在床层内作上下、左右、前后的激烈运动，这种现象被称为固体的流态化，整个床层称为流化床。一、流化床简介v流态化现象：使固体微粒固体微粒通过与气体或液体接触而转变成类似流体状态流体状态的操作。v固体颗粒层与流体接触的不同类型：流体流速增加固定床初始流态化散式流态化聚式流态化腾涌稀相流态化液体气体
2、一、流化床简介一、流化床简介一、流化床简介二、CFD-DEM耦合思路流化床中的流动是气固两相流，而且是稠密气固两相流。用数值手段探查其特征的方法很多，这里介绍一种：CFD-DEM方法。DEM（Discrete Element Method），离散单元法基本原理是，将研究对象划分为一个个相对独立的单元，根据单元之间的相互作用和牛顿运动定律，采用动态松弛法或静态松弛法等迭代方法进行循环迭代计算，确定在每一个时间步长所有单元的受理及位移，并更新所有单元的位置，通过对每个单元的围观运动进行跟踪计算，即可得到整个研究对象的宏观运动规律。气相运动的计算釆用欧拉方法在计算网格单元尺度上进行求解（CFD方法）
3、；固相运动则采用离散单元法（DEM方法）在颗粒尺度进行跟踪，即拉格朗日法。二、CFD-DEM耦合思路二、CFD-DEM流化床计算案例三、CFD-DEM数学模型颗粒相运动方程iv指的是颗粒速度，im指的是颗粒质量，iI指的是颗粒惯性矩,d iF为流体作用于当前运动颗粒的曳力,p iF为颗粒所受到流体作用力的压力梯度力,c ijF为颗粒i与颗粒j之间的接触作用力；颗粒和壁面接触时，将壁面视为一个具有无限大直径的静止颗粒，以此来计算两者之间的作用力和力矩。i指的是颗粒角速度ijM为颗粒i与颗粒j之间的接触产生的力矩三、CFD-DEM数学模型颗粒相运动方程,d iFgs流体作用于当前运动颗粒的曳力pV
4、pv为曳力系数为颗粒体积为当前网格内流体速度矢量为颗粒的速度矢量p为当前计算网格内的固相浓度f为空隙率1pf 颗粒切割法，即按照一定的数值算法将单个颗粒分为许多个颗粒元，根据每个颗粒元的位置探测其所在的计算网格，得到该颗粒在该网格内的体积份额，以此来计算整个流场网格内的空隙率。假定在计算过程中将单个颗粒分割为个部分，分别根据每个部分的质心得到其所在计算网格。对计算网格，其内的空隙率计算为：为颗粒在当前计算网格内所有颗粒元的体积之和，n为该网格内含有的颗粒数。三、CFD-DEM数学模型颗粒相运动方程f,1npi tiVV为当前流体网格的体积三、CFD-DEM数学模型颗粒相运动方程pF,c ijF
5、流体压力梯度引起的流体作用力颗粒i与颗粒j之间的接触作用力软球模型三、CFD-DEM数学模型颗粒相能量方程接触导热：对流换热：三、CFD-DEM数学模型埋管磨损模型EHPpmpv()f为颗粒的质量为壁面维氏硬度为颗粒的速度引入考虑了颗粒与壁面之间的角度因素的影响为作用角度三、CFD-DEM数学模型气相运动方程四、计算模型及边界条件四、计算模型及边界条件床体底部采用均匀速度入口，而其出口则釆用压力出口边界条件。对管壁和左右壁面，则采用无滑移壁面边界条件来进行计算。对温度边界条件的设定，入流气体温度设定为293K，埋管壁面温度固定为373K，其余边界条件则设定为Neumann边界条件。在计算过程中，对固相和气相运动的时间步分别设定为1X10-7s和1X10-5s。对在不同流化风速下进行的每个计算算例，均进行了15s的计算。但对床体内时均特性的统计，则在10s后计算数据上进行。五、结果与讨论气泡生成及埋管破损作用五、结果与讨论埋管圆周磨损量分布
