[發明專利]一種基于CFD-DEM模型分析非球形顆粒噴動床內傳輸過程的方法

在審

• 申請號: 202011528952.2
• 申請日: 2020-12-22
• 公開（公告）號: CN112597712A
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 鄂殿玉;周鵬;崔佳鑫;李政權;張思釗;熊仕顯;鄒瑞萍
• 申請（專利權）人: 贛江新區澳博顆粒科技研究院有限公司;江西理工大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F113/08;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 佛山信智匯知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 44629
• 代理人: 唐杏姣

本發明提供了一種基于CFD?DEM模型分析非球形顆粒噴動床內傳輸過程的方法，包括如下步驟：建立噴動床傳熱過程的物理模型；建立噴動床傳熱過程中的流體相控制方程組，所述流體相控制方程組包括連續性方程、動量方程、能量方程；建立固相控制方程，所述固相控制方程包括顆粒運動控制方程、顆粒間導熱方程；進行CFD?DEM耦合仿真，并獲取固相顆粒的溫度；選取幾組不同形狀的顆粒，在噴氣速度，氣體溫度等其它參數相同的條件下進行模擬計算；分析比較在不同形狀顆粒的溫度場變化，得到顆粒形狀對流化床顆粒溫度場的影響規律；本發明可以優化實際工況中熱工參數，提高干燥效率，降低生產損耗，提高社會和經濟效益。

技術領域

本發明涉及計算機數值模擬領域，具體而言，涉及一種基于CFD-DEM模型分析非球形顆粒噴動床內傳輸過程的方法。

背景技術

噴動床作為典型的流態化設備具有流型簡單規則，氣固接觸充分，傳熱效率高，適合處理不規則、粘性等非常規顆粒，方便處理熱敏性物料等突出優勢。經過60多年持續不斷的基礎研究和技術開發，其應用領域不斷拓展，目前已廣泛應用于農業、食品、制藥、能源、環保、化工、核燃料等眾多領域，主要包括干燥、混合、造粒、包衣涂層等多種物理工藝過程，同時在煤氣化、生物質制合成燃料、油頁巖熱解、鐵礦石還原、焦炭活化、石油催化裂化等諸多熱化學工藝中也顯示出巨大的應用潛質。這些工藝過程所涉及的顆粒超過70％呈非球形，因此，研究和掌握非球形顆粒在噴動床中的傳熱特性對于噴動床的結構設計、工藝參數優化和應用推廣具有重要的現實意義。

發明內容

基于此，為了解決現有技術的非球形顆粒噴動床內傳輸過程的數學模型復雜而導致分析改進優化困難的問題，本發明提供了一種基于CFD-DEM模型分析非球形顆粒噴動床內傳輸過程的方法，其具體技術方案如下：

一種基于CFD-DEM模型分析非球形顆粒噴動床內傳輸過程的方法，包括以下步驟：

采用組合球方法建立不同Ar的橢球顆粒模型；

建立噴動床傳熱過程的物理模型；

建立噴動床傳熱過程中的流體相控制方程組，所述流體相控制方程組包括連續性方程、動量方程、能量方程；

建立固相控制方程，所述固相控制方程包括顆粒運動控制方程、顆粒間導熱方程；

進行CFD-DEM耦合仿真，并獲取固相顆粒的溫度；

選取幾組不同Ar的橢球顆粒及球形顆粒填充的噴動床，在噴氣速度，氣體溫度等其它參數相同的條件下進行模擬計算；

分析比較不同Ar的橢球顆粒及球形顆粒的噴動床內平均顆粒溫度及溫度標準差，得到顆粒形狀對流化床顆粒溫度場的影響規律。

進一步地，所述連續性方程為：

其中：

ρ_f為氣體密度，單位為kg/m³；

ε_f為氣體局部空隙率；

u為氣體表觀速度，單位為m/s。

進一步地，所述動量方程為：

其中：

p為氣體壓力，單位為Pa；

F_fp為單位體積內氣體顆粒間相互作用力，單位為N；

g為重力加速度，單位為m/s²；

τ為氣相應力張量，單位為Pa。

進一步地，所述能量方程為：