[发明专利]一种液固流化床CFD曳力模型的确认方法

权利要求书

1.一种液固流化床CFD曳力模型的确认方法，其特征在于，基于对颗粒群体系中单颗粒的受力分析建立力学方程，结合CFD曳力模型表达式，求出床内颗粒体积浓度，并将其与实验测量值进行比较，最终确认出适用于物性参数和操作条件下的最佳CFD曳力模型；

具体包括如下步骤：

步骤一、给定初始条件；

步骤二、对单个颗粒受力分析，建立力学方程；

步骤三、将步骤一给定的初始条件代入步骤二所得的方程中，解出单颗粒所受曳力；

步骤四、将步骤三所得曳力代入待确认的CFD曳力模型中，解出颗粒体积浓度；

步骤五、将步骤四所得颗粒体积浓度与颗粒体积浓度实验值进行比较，最终确认出适用于该体系下的最佳曳力模型；

所述步骤一的初始条件包括：物性参数：颗粒直径d_p，颗粒密度ρ_p，流体密度ρ_f，流体动力粘度μ；操作条件：表观速度u₀；以及在表观速度u₀条件下，实验测得的颗粒体积浓度φ；

所述步骤二中，液固流化床内的单个颗粒仅受重力G、浮力F_b和曳力F_d，其平衡方程为：

G＝F_b+F_d (1)

其中G、F_b和F_d分别表示重力、浮力和曳力。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤三中，对于颗粒所受浮力的表述为：颗粒在悬浮液中所受浮力等于其自身体积与悬浮液混合密度的乘积，即：

因此，单个颗粒所受曳力的表达式为：

其中，F_b和F_d分别为浮力和曳力，d_p代表颗粒直径，ρ_p代表颗粒密度，ρf代表流体密度，φ为实验测得的颗粒体积浓度，g代表重力加速度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤四中，曳力模型表征的是单位体积内颗粒受到的总曳力；因此需要先计算单位体积内的颗粒个数N，再将N与步骤3所得的单颗粒曳力相乘；详细计算过程如下：

NF_d＝βu_r (4)

其中，u_r和u₀分别为相间滑移速度和表观速度；β为动量交换系数，是关于颗粒体积浓度和颗粒雷诺数的函数，具体形式由曳力模型给出；将得到的F_d、N和u_r代入至曳力模型，即动量交换系数β，最终解出颗粒体积浓度。

4.根据权利要求3所述的一种液固流化床CFD曳力模型的确认方法，其特征在于：在步骤四中，以颗粒体积浓度为自变量的CFD曳力模型通常为超越方程，因此，需要采用迭代法来求解颗粒体积浓度。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述曳力模型具体为：Gidaspow曳力模型、Gibilaro曳力模型、Di Felice曳力模型、Syamlal and O’Brien曳力模型以及BVK曳力模型和Rong曳力模型。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述曳力模型具体的表达式如下：Gidaspow曳力模型：

Syamlal and O’Brien曳力模型：

v_r＝0.5(A-0.06Re_p)+0.5[(0.06Re_p)²+0.12Re_p(2B-A)+A²]^0.5 (13)

A＝(1-ε_s)^4.14 (14)

其中Re_p的计算同式(10)；

Gibilaro曳力模型：

DiFelice曳力模型：

其中Re_p的计算同式(17)；

BVK曳力模型：

其中Re_p的计算同式(17)；

Rong曳力模型：

其中Re_p的计算同式(17)；

以上所有曳力模型中，Re_p代表颗粒雷诺数，C_D代表曳力系数，ε_s代表颗粒体积浓度，除ε_s以外，其余变量均由步骤一中所给定的条件确定。