مطالعه انتقال حرارت از ديواره بستر حبابي گاز-جامد به ذرات جامد درون آن به كمك ديناميك سيالات محاسباتي

Numerical Study of Wall-to-Bed Heat Transfer in a Gas–Solid Bubbling Fluidized Bed by CFD

بسترهاي سيال به دليل خصوصيات انتقال حرارتي مناسب در بسياري از فرايندهاي حرارتي استفاده مي⁣شوند. به دليل پيچيدگي⁣هاي مربوط به مدل⁣سازي انتقال حرارت در بسترهاي سيال، پژوهش⁣هاي محدودي در اين خصوص صورت گرفته است. در تحقيق موجود با استفاده از مدل دو سيالي تركيب با تئوري جنبشي جريان دانه⁣اي يك راكتور گاز-جامد حبابي حاوي ذرات كروي با قطر ميانگين 280 ميكرون شبيه⁣سازي شده است. تاثير دو مدل دراگ مهم يعنيGidaspow و Syamlal-O’Brien و برخي پارامترهاي هيدروديناميكي همچون ضريب ارتجاع ذره-ذره و نيز تاثير شرايط مرزي ذره-ديواره بررسي شده است. نتايج شبيه⁣سازي حاكي از اين است كه هر دو مدل دراگ، عبور حباب از درون بستر را بخوبي نشان مي⁣دهند. اگرچه هر دو مدل دراگ روند تغييرات محلي ضريب انتقال حرارت با زمان را بطور مناسبي پيش⁣بيني مي⁣كنند، اما مدلGidaspow انطباق بهتري را نتايج تجربيِ ضريب انتقال حرارت از ديواره به بستر را نشان مي⁣دهد. همچنين ديده شده كه ضرايب ارتجاع ذره-ذره و ذره-ديواره و نيز ضريب آينه⁣اي تاثير بسزايي بر انتقال حرارت درون بستر گاز-جامد حبابي دارند.

Due to the effective heat transfer in fluidized beds, these systems have been wieldy used in many thermal processes. There are limited published papers in the literature regarding heat transfer in fluidized beds, because of complexities existing in these systems. In the present study, a gas-solid bubbling fluidized bed including the spherical particles with diameter of 280 µm is simulated by a Eulerian-Eulerian Two-Fluid Model incorporating the kinetic theory of granular flow (KTGF). Influence of two important drag models of Gidaspow and Syamlal as well as some hydrodynamics parameters, namely, particle-particle restitution coefficient and solid wall boundary conditions are studied. Both drag models predict the behavior of the bubble passage through the bed reasonably. Although both drag functions show the same trend with the experimental data, Gidaspow drag model predicts the better results than the Syamlal one. The CFD results reveal that the modeling parameters of specularity coefficient, particle-particle and particle-wall restitution coefficients have a significant effect on the heat transfer coefficient between the wall and particles.