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第
7
卷第
3
期
2008
年
9
月
材料与冶金学报
Journal
of
Materials
and
Metallurgy
流化床外型对内部流场影晌的模拟研究
周继良邹宗树余艾冰
1.2
(1.东北大学材料与冶金学院,沈阳
110004;
Vo
l.
7 No.3
Sept. 2008
2.
新南威尔士大学
材料科学与工程学院颗粒系统模拟研究中心,澳大利亚悉尼新南威尔士
2052)
摘
要:以双流体模型为基础,采用
CFD
商业软件Fl
uent
对
7
种不同外型鼓泡流化床内的流动特性进行了
数值模拟.模拟结果表明,流化床外型对反应器内部流场的影响显著,流化床内部流场随外型的不同而存在
差异,在流态化初期产生气泡的时间、位置、密相床层高度方面以及流场稳定性的差异尤为明显.一旦充分
流态化后,流场的差异性减弱.根据模拟得到的结果给出了相关建议.
关键词:流化床;流场;数值模拟;铁矿粉还原
中固分类号
TF
552
文献标识码
:A
文章编号
1671
-6
620
(2008
)03
-0
163
-0
7
Numerical simulation on effect of bed
profile on interior fluidized flow fields
ZHOU
Ji-liang
l
,
ZOU
Zong-shu
l
,
YU
Ai-bingl.2
(1.
School
of
Materials
and
Metallurgy
,
Northeastern
University.
Shenyang
110004. China;
2.
Center
for
Simulation
and
Modeling
of
Particulate
Systems.
Sch
∞,]
of
Materials
Science
and
Engineering.
η
Je
University
of
New
South
Wales
,
Sydney
NSW
2052. Australia)
Abstract:
Th
e flow characters of seven different types of bubbling fluidized beds were simulated based on two-fluid
model
by
using Fluent.
As
the results , it
iihoW5
that the influence
of
bed profile on interior
t1
0w
fi
e1
d is
si~i
们
m
时.
Thp.
interior
flow
field varied with bed profile , especially the bubble generation time and location, the dense bed height
and
the stability of flow fields. The difIerence of
flow
fields reduced in fully developed fluidized bed. Some suggestions were
given based on
the
simulation results.
Key
words:
fluidized
bed;
flow
field; numerical simulation; iron ore fines reduction
流化床还原铁矿粉技术具有环境友好、成本
低廉、原料储量巨大等优点,因而受到各国的关
注,早在上世纪五六十年代就有相关的工艺问
世
[1)
不论是在前期的设计开发阶段还是后期的
工业生产阶段,都对流化床内部流场稳定、设备顺
行有要求.流化床内的流场除了与气、固两相的物
性、温度、压力等因素有关外,设备外型也是一个
不可忽视的重要因素.合适的外型可以保证流场
稳定、设备顺行和生产的正常进行.若采用物理实
验的方法研究外型对流场的影响,不但费时、工作
量大、成本高,还会受限于测量手段而无法获得较
为全面的参数.采用数学方法运用计算机进行相
关的数值模拟既节约人力、物力和财力,又可以获
收稿日期:
2008
-0
3
.Q4.
得较为全面的参数.本文在双流体模型
[2
-4)
的基
础上,使用商业计算流体力学软件
Fluent[5
j
进行
相关的数值模拟,着重讨论了流化床外型、锥度等
因素对内部流场、密相床层高度等方面的影响.
1
模型描述
首先模拟了
4
个底部均匀布风、没有任何内
部构件的自由鼓泡流化床中气-固相的流动特
性,采用统一粒径、形状为球形的颗粒为模拟对
象.由于计算机处理能力的限制,将流化床简化为
二维模型.流化床几何形状的示意图和详细尺寸
如图
l
所示,图中单位为
m.
其中(
a)
为外型规
则、轴向尺寸无变化的流化床;
(b)
为上大下小均
作者简介:周继良(
1979
一)
.男,甘肃兰州人,东北大学博士研究生;邹宗树(
1958
一)
.男,山东章丘人,东北大学教授,博
士生导师:余艾冰
(1963
-)男,澳大利亚新商威尔士大学教授,东北大学兼职教授,博士生导师.
164
材料与冶金学报
第
7
卷
匀过渡、顶部为球冠的流化床;
(
c)
是浦项-奥钢
联专利炉型
(6)
的比例缩小,为上部拥有沉降段的
床型;
(d)
与
(c)
外型相似,只是在尺寸上有所差
别,尤其是过渡区域、锥度大小以及静床高料面位
置等方面有所不同.
H=
4
••••
←
-d=0.28
一→
自由空间
1.
00
•-
密相床层
L
h
=O
.4
y
m
生一
O
ATlatsJmpill--JMUM
--Is--
、
all
句
3
、
4
『
+-nu-
ai----F
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牟
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,
al''
牟
410
ATtt''
A
字
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(
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(b)
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At--
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all
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--Et
$1tl
牟
BIl
--'t
AT--4
d
1
=0
.3
6
自由空间
1'
11-
0.20
H=
1.
00
h
1
=L
b
=0
.4
0
也
=0.28
(c)
(d)
图
1
鼓泡流化床二维模型
Fig. 1 2D models
of
bubbling fluidized bed
详细的方程本文不做介绍,可参考其他文
献
[2-4)
计算中采用速度人口和压力出口,考虑
气、固两相在壁面的滑移,其他初始条件和边界条
件列于表1.
表
1
模拟的初始条件和边界条件
Table 1 lnitial and boundary conditions for simulation
项
目
参数
项
目
参数
颗粒直径
Imm
O.
25
临界流态化速度
I(m
•
s
斗)
0.10
颗粒密度
I(
kg
. m
-3)
4500
临界流态化空隙率
0.39
颗粒初始体积分数
0.60
气体速度
I(m'
S-I)
0.50
出口初始压力
I kP
a
100
气相密度
I(
kg
• m
-3)
1.
10
床内温度
IK
298
气相剪切蒙古度
I(
Pa
•
S)
1.
65 x
10-
5
时间步长
Ims
O.
25
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