目前CFD 在多相流模擬應用最廣泛的兩個模型為歐拉—歐拉擬流體模型和歐拉—拉格朗日離散相模型。但受計算機資源的限制，對于大規模的氣固多相流模擬大多采用歐拉—歐拉擬流體模型。該模型是在一定的濃度下，把離散的固體顆粒相看做假想的連續介質，即“擬流體”假設，這樣顆粒就具備了與氣相相似的動力學特性，也可以用相同形式的流體力學守恒方程加以描述。氣固相間的相互作用通過氣固曳力予以耦合，其大小決定了氣流對固體顆粒的夾帶和輸送能力及其在床內的運動狀態。

以新奧集團煤基低碳能源國家重點室建立的流態化冷態裝置為模擬對象（如圖1），建立幾何模型，內徑為286mm，高度為4000mm，模型采用錐形分布板。網格模型采用六面體網格進行劃分，效果圖如圖2 所示。

圖1 流態化冷態模擬裝置

為了體現對比標準的一致性，本文采用相同的模擬計算條件及模型參數，第一步操作按照表1 所述進行，第二步按照表2 所述進行。

表1 模型對比操作參數

本部分在其他模擬條件不變的基礎上，對比兩種曳力模型的流場狀況，并結合冷態實驗的流場流動，篩選出比較適合的曳力模型。

圖3 為根據顆粒最小流化速度計算值修正后的Syamlal-O，brien 曳力模型模擬結果，圖4 為Gidaspow 曳力模型模擬結果。選取兩個數值實驗0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、2.0s 時刻的爐內固含率表示瞬時的流動狀況。

由兩圖分析比較可知，曳力模型選擇的不同模擬出的氣泡大小與形狀有差異。Gidaspow模型模擬出的氣泡較Syamlal-O，brien 模型初始氣泡更大些，中心射流明顯但分布板區流場欠佳。修正后的Syamlal-O，brien 模型存在徑向返混，在氣泡的作用下形成內循環運動，同時分布板和中心射流均形成氣泡，壁面阻力較小時氣泡沿壁面上升。對照冷態裝置實驗結果，可判斷修正后的Syamlal-O，brien 模型與實驗現象更吻合，故選擇修正后的Syamlal-O，brien 模型作為曵力模型進行后續的模擬計算。

按照表2 所述的模擬條件，對三個算例進行計算，同時以相同物性的實驗原料進行冷態實驗，與模擬結果進行對比驗證，主要結果如下：

常用的最小流化速度計算公式為Wen-Yu&Ergun 公式如下：

通過引入雷諾臨界準則和阿基米德準則，得到計算最小流化速度的簡約公式，經過計算本實驗條件下，顆粒的最小流化速度為0.1550m/s。

確定最小流化速度umf 最好方法是通過實驗測定。降低流速u 使床層自流化床緩慢的恢復固定床，同時記下相應的氣體速度u 和床層壓降從而繪制出關系曲線，確定最小流化速度。

實際最小流化速度往往采用從高氣流速度向低氣流速度進行，通常成其為“下行”實驗法。本文經過多次實驗驗證，最后測得的物料的最小流化速度為0.1510m/s。

CFD 模擬計算時，也采用“下行”實驗法，即通過觀察床層壓降的變化來確定最小流化速度，具體數值為0.1558m/s。

綜合分析最小流化狀態下的理論計算值、CFD 模擬值及實驗值（如表3），模擬值與實驗值相比，偏差僅為3.18%，一定程度上說明了模型選擇的合理性。理論值和模擬值相差更小，這是因為模擬模型的建立是基于理論公式基礎上編寫的。

隨著流化狀態的改善，床內固含率出現不同的變化，直接影響床層壓差的變化，因此在模擬和實驗過程中，床層壓降的監測是十分必要的手段。按照表2 實驗條件的敘述，模擬過程中將三個算例依次進行，監測床層各點壓力值。圖5 為不同時間監測點壓力變化曲線，其中1-6s 為初始流化狀態下壓力隨時間變化值（參照Case1 條件），6-12s 為只有分布板進氣條件下的壓力隨時間變化值（參照Case2 條件），12-20s 為分布板、中心管同時進氣條件下的壓力隨時間變化值（參照Case3 條件）。經過計算，第一個算例為1 倍流化數初始流化狀態；第二和第三算例為2.2 倍流化狀態。

由圖5 中的變化曲線可以看出，初始流化狀態下，各點壓力隨時間變化不大，隨著進爐氣量的增加，床內返混增加，有氣泡的產生、聚并、破碎發生，使得各點壓力隨時間波動，其中1.05m 處為床層未能達到處，所以壓力為0 Pa。

將每個算例的不同高度的壓力監測值作時間平均處理，將實驗值和模擬值進行對比，如圖6、圖7、圖8。

流化床床料在受到氣體曳力的條件下呈現流化狀態，使床層出現膨脹現象。如果曳力模型選擇合理，則膨脹高度更接近于實驗膨脹高度，因此床層膨脹高度的對比也能從一定角度驗證曳力模型選擇的合理性。

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