CFD-симуляция гидродинамики кипящего слоя с бинарными смесями (частицы Geldart-B)

Вот перевод и адаптация представленного текста на русский язык. Текст сделан более развернутым, профессиональным и адаптирован под стиль русскоязычных технических публикаций, с сохранением всех числовых значений, ссылок и терминологии.

---

Адаптированный перевод статьи

Реакторы с псевдоожиженным (кипящим) слоем находят широкое применение в процессах каталитического крекинга (FCC) и газификации. Ключевым фактором эффективной работы таких аппаратов является понимание гидродинамики пузырей и динамики перепада давления в слое, состоящем из смеси частиц различного размера. Особый интерес представляют бинарные смеси, классифицируемые по Гелдарту как тип B (Geldart-B), так как именно в них наблюдаются наиболее сложные режимы взаимодействия фаз. Детальное исследование этих процессов критически важно для предотвращения нежелательного уноса катализатора и обеспечения равномерного контакта между газовой и твердой фазами.

В рамках данной работы для численного моделирования применялась математическая модель Эйлера-Эйлера (Eulerian-Eulerian). В рамках данного подхода обе фазы — газ и твердые частицы — рассматриваются как взаимопроникающие сплошные среды, что позволяет адекватно описывать их совместное течение. Для моделирования турбулентных эффектов в газовой фазе использовалась RNG ( k-\varepsilon ) модель, которая демонстрирует высокую точность для сдвиговых и закрученных потоков. Взаимодействие и столкновения частиц твердой фазы описывались с помощью Кинетической теории гранулированных потоков (Kinetic Theory of Granular Flow, KTGF) [8, 9]. Данная теория является общепринятым стандартом для описания гранулированных сред.

Численное моделирование проводилось в диапазоне поверхностных скоростей газа от 0.3 до 0.6 м/с. Для верификации разработанной модели были использованы экспериментальные данные, опубликованные в рецензируемой литературе. Результаты вычислительных экспериментов показали, что при содержании крупных частиц в смеси на уровне 40%–60% динамика образования пузырей и распределение твердой фазы претерпевают кардинальные изменения по сравнению с монокомпонентными (гомогенными) слоями [8, 9]. В частности, в системах с низкой объемной долей крупных частиц (0%–20%) и при малых скоростях газа наблюдается так называемый гомогенный режим псевдоожижения, характеризующийся равномерным расширением слоя без образования крупных пузырей [10].

Полученные результаты имеют прямое прикладное значение. Инженеры-технологи, выполняющие настройку и оптимизацию модулей FCC в симуляторах технологических процессов (таких как Petro-SIM или Aspen Plus), могут использовать данные CFD-расчетов для уточнения коэффициентов уноса (entrainment) и корректировки эффективности работы внутренних устройств, таких как распределительные тарелки и циклоны. В этом контексте выбор Кинетической теории гранулированных потоков (KTGF) в качестве основного метода описания твердой фазы является «золотым стандартом» современного вычислительного моделирования.

Источник

Источник

Теги

• #CFD
• #КипящийСлой
• #Гидродинамика
• #EulerianEulerian

Источник: https://www.researchgate.net/publication/368672192

#CFD #КипящийСлой #Гидродинамика #EulerianEulerian