7.5.3　 稳态云雾模拟试验装置参数优化

7.5.3　 稳态云雾模拟试验装置参数优化

由于颗粒在流体中的受力和运动的复杂性，采用数值计算方法获取精确模型是不现实的，使用计算机建模仿真方法，获取颗粒系在约束空间内的分布，具有更高的研究效率。

采用Fluent软件对某装置模型内的气固两相流运动情况进行多参数对比仿真分析，结合前述颗粒动力模型进行系统仿真分析。仿真过程如下：

（1）数学模型。对于气相流体部分，满足动量守恒方程

对于颗粒相部分，也有动量守恒方程

同时，气相和颗粒相满足

式中，αg、αs分别为气相和颗粒相的体积浓度；ρg、ρs分别为气相和颗粒相的密度；vg、vs分别为气相和颗粒相的速度；τg、τs为应力应变张量；为阻力项，且满足；P为系统气压。

（2）试验条件与结果。忽略观察窗等结构体，将模拟装置简化为圆柱体进行几何建模。仿真过程中，取内径0.3～0.6m，步进0.05m；高度1.4～2.0m，步进0.1m；气流速度0.3～1m/s，步进0.1m/s，进行对比仿真，主要试验结果如图7-18所示。

图7-18　燃料颗粒受力与速度分布仿真曲线

（a）颗粒受力；（b）仿真曲线

由仿真结果可以形成以下结论：

（1）燃料颗粒在空气作用下发生上升运动，经一定时间后形成相对稳态的云雾；气流速度越快，云雾越快进入稳定状态，云雾分布高度也越高，反之亦然。

（2）高压气流在罐体中运动时，中心区域流速较高，靠近侧壁处流速降低，因此颗粒在中心区域作上升运动，到达一定高度后沿侧壁作沉降运动，在中心区域和侧壁之间形成低浓度区。

（3）相同流速空气作用下，罐体长径比越大，空气流速越高，中心区域和低浓度区的速度差越大。