【摘 要】
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本文通过将计算流体力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）和离散单元法（Discrete Element Method,DEM）进行耦合的方法,结合标准k-e湍流模型和滑移网格（Sliding-grid,SG）模拟动部件的方法对搅拌釜式反应器中颗粒流的传热和流体动力学进行了数值模拟研究。在模拟当中,将颗粒之间以及流体和颗粒之间的相互作用,包括作用力和热传导纳入计算的
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本文通过将计算流体力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）和离散单元法（Discrete Element Method,DEM）进行耦合的方法,结合标准k-e湍流模型和滑移网格（Sliding-grid,SG）模拟动部件的方法对搅拌釜式反应器中颗粒流的传热和流体动力学进行了数值模拟研究。在模拟当中,将颗粒之间以及流体和颗粒之间的相互作用,包括作用力和热传导纳入计算的范围内。CFD计算流体和颗粒间的作用力以及求解能量方程,DEM追踪单个颗粒的运动和位置,计算颗碰撞热传导,并更新其温度。为了验证了该数值方法的有效性,对已经发表的文献中的流化床中气体和颗粒的热对流模拟进行了数值模拟,并将模拟结果和其实验结果进行了比较,计算结果和实验结果误差较小。这种CFD-DEM耦合方法可以清楚地计算颗粒行为和单个颗粒的温度。对五组不同尺寸组合的网格进行了无关性验证,最终确定选取动区域和静区域分别为4mm和8mm尺寸的四面体网格。本文研究了颗粒对搅拌釜内温度场的影响。对比了有颗粒和无颗粒时搅拌釜内的整体温度分布。结果表示,颗粒的存在使搅拌釜式反应器内流动的湍动程度增加并且减少了壁面附近的传热层流边界层,增强了搅拌釜内的对流换效果。同时,该方法能够模拟出颗粒与周围流体的温度差异。对无挡板和有挡板以及离底部不同高度的搅拌釜的多相流对流传热的影响进行了数值模拟研究。数值结果表明,在本研究选取的范围内降低叶片高度可以提高搅拌釜的传热效果。同时,为搅拌釜配备挡板增强了釜内的流体流动和传热。本文提供了一种有效模拟多相流传热的方法,对那些对复杂系统中涉及多相流的热传递感兴趣的读者是有帮助的。
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