[發(fā)明專利]一種測量顆粒流體兩相流系統(tǒng)非均勻結(jié)構(gòu)參數(shù)分布的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200610165060.4
• 申請日: 2006-12-12
• 公開（公告）號: CN101201311A
• 公開（公告）日: 2008-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許明;葛蔚;李靜海
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院過程工程研究所
• 主分類號: G01N15/00
• 分類號: G01N15/00;G06F19/00;G01M10/00
• 代理公司: 北京泛華偉業(yè)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 高存秀

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及顆粒流體兩相流系統(tǒng)，特別涉及一種測量顆粒流體兩相流系統(tǒng)非均勻結(jié)構(gòu)參數(shù)分布的方法。

背景技術(shù)

顆粒流體系統(tǒng)作為過程工業(yè)的核心，廣泛應(yīng)用于煤的利用、石油和天然氣的加工、煉鋼煉鐵、水泥、化肥和各種粉末材料的生產(chǎn)過程。而顆粒流體系統(tǒng)的特征是復(fù)雜的時(shí)空多尺度非均勻流動結(jié)構(gòu)，其非均勻結(jié)構(gòu)是反應(yīng)器內(nèi)流動、傳質(zhì)和傳熱過程研究的關(guān)鍵。反應(yīng)器內(nèi)的非均勻結(jié)構(gòu)參數(shù)的分布和演化規(guī)律是反應(yīng)器設(shè)計(jì)、運(yùn)行、控制和放大關(guān)注的核心。

目前對反應(yīng)器內(nèi)流動參數(shù)的描述往往是經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)方法或者計(jì)算流體力學(xué)(Computational?Fluid?Dynamics，簡稱CFD)方法。經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)方法主要建立在對有限實(shí)驗(yàn)或工業(yè)數(shù)據(jù)的分析基礎(chǔ)之上，在指導(dǎo)反應(yīng)器放大時(shí)，該方法缺乏可靠性。而采用歐拉方法描述顆粒流體系統(tǒng)內(nèi)非均勻結(jié)構(gòu)時(shí)，微元體曳力系數(shù)的計(jì)算是該方法的薄弱環(huán)節(jié)，參見文獻(xiàn)1：Yang，N.，W.Wang，et?al.Chemical?Engineering?Journal?96，P.71(2003)中公開的方法。而追蹤單顆粒運(yùn)動軌跡的拉格朗日方法中，顆粒和流體兩相的相間耦合基于平均化方法，沒有考慮介觀即網(wǎng)格尺度上的非均勻結(jié)構(gòu)對兩相流動的影響。參見文獻(xiàn)2：Limtrakul?S.，Chalermwattanatai?A.，Unggurawirote?K.，Tsuji?Y.，Kawaguchi?T.and?Tanthapanichakoon?W.Chemical?Engineering?Science?Vol.58，P.915，(2003)中公開的技術(shù)。

建立一種合理考慮顆粒流體系統(tǒng)中介觀尺度上非均勻結(jié)構(gòu)的測量方法，能了解其多尺度非均勻結(jié)構(gòu)參數(shù)分布特征，對工業(yè)反應(yīng)器設(shè)計(jì)、放大及調(diào)控具有重要的指導(dǎo)作用。因此，現(xiàn)有技術(shù)的不足就需要一種改進(jìn)的測量顆粒流體兩相流系統(tǒng)非均勻結(jié)構(gòu)參數(shù)分布的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有拉格朗日方法中顆粒流體兩相的相間耦合基于平均化方法從而忽略網(wǎng)格內(nèi)介觀非均勻結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，提供一種測量顆粒流體兩相流系統(tǒng)非均勻結(jié)構(gòu)參數(shù)分布的方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案。

一種測量顆粒流體兩相流系統(tǒng)非均勻結(jié)構(gòu)參數(shù)分布的方法，包括如下步驟：

1)確定輸入條件；

2)建立顆粒流體兩相的動量和質(zhì)量守恒方程；

3)根據(jù)網(wǎng)格內(nèi)的顆粒位置得到顆粒的局部空隙率和局部空隙率梯度；

4)根據(jù)顆粒的局部信息將網(wǎng)格內(nèi)的非均勻結(jié)構(gòu)分解為局部均勻結(jié)構(gòu)的組合，對流體流速進(jìn)行分配；

5)將分配后的流體流速代入所述動量和質(zhì)量守恒方程中，得計(jì)算結(jié)果。

進(jìn)一步地，在所述步驟1)包括物性參數(shù)：固相顆粒直徑d_p、顆粒密度ρ_p、氣相密度ρ_g、氣相粘度μ，設(shè)備參數(shù)：設(shè)備的高度H和直徑W等，操作條件：表觀流體速度u和顆粒初始速度v。

進(jìn)一步地，在所述步驟2)中，建立顆粒相和流體相的包括動量守恒方程、質(zhì)量守恒方程、相間動量傳遞方程的基本方程如下：

流體連續(xù)性方程：

∂(ϵρg)∂t+(▿·ϵρgu)=0---(1)]]>

流體動量守恒方程為：