循环流化床脱硫过程中介尺度结构的研究

循环流化床脱硫过程中的气固两相流动是远离平衡态的过程，与介尺度上流动结构的非均匀性密切相关，主要表现为颗粒浓度在时间和空间上的非均匀分布。传统的平均化方法，无法描述这种内在的非均匀结构，故而需要研究介尺度结构与颗粒-流体相互作用的关系，建立考虑了非均匀性的气固两相相互作用模型。本研究首先建立二维和三维流场中的颗粒团判定准则，并确定颗粒浓度分布的非均匀性定义，基于此对非均匀气固两相流中的颗粒团直径模型进行完善。进而依据关联型模型的建模的思想，采用大规模细网格拟流体模拟方法对流态化气固两相流动系统进行虚拟实验，以此获取不同结构下详细的颗粒浓度分布数据，探索颗粒浓度分布的非均匀性影响颗粒-流体相互作用的机理。辅以流态化流动的模拟验证，建立非均匀颗粒-流体两相相互作用力模型，改进传统模型中无法考虑介尺度结构，适用范围窄的缺点，为循环流化床脱硫的模拟优化提供理论基础。

循环流化床脱硫过程中的气固两相流动是远离平衡态的过程，与介尺度上流动结构的非均匀性密切相关，主要表现为颗粒浓度在时间和空间上的非均匀分布。传统的平均化方法，无法描述这种内在的非均匀结构，故而需要研究介尺度结构与颗粒—流体相互作用的关系，建立考虑了非均匀性的气固两相相互作用模型。本研究首先确立了气固流动中介尺度结构特征参数的定义，包括：颗粒团判定准则，颗粒浓度分布的非均匀度。进一步发展了快速离散模拟算法和程序，为虚拟实验和数值仿真提供了基础。在离散颗粒模拟的框架内，又通过简化的虚拟实验，发展了基于局部非均匀两相结构的曳力模型，并在本研究发展的离散模拟程序中实现了该模型。通过对鼓泡床和典型快速流化床的模拟，验证了本模型具有较高的精度和良好的普适性。采用考虑了介尺度效应的曳力模型对循环流化床的操作状态进行了模拟，成功预报了文献中报道的choking现象；对该现象的准确预报能指导流化床脱硫过程的操作和优化，实现更高的脱硫效率。本研究发展的模型、程序和部分已完成的计算，为进一步循环流化床脱硫的模拟优化提供理论基础。