مطالعه عددي هيدروديناميك ذره ها در بسترهاي شارانيده مخروطي با استفاده از CFD-DEM

Numerical Study of Hydrodynamics of Tapered Fluidized Beds Using CFD-DEM

در اين مطالعه، هيدروديناميكي، بسترهاي گاز-جامد مخروطي داراي ذره ها از نوع گلدارت D و B با قطرهاي به ترتيب mm 2 و mm 0/287 با استفاده از نرم افزار ديناميك سيال هاي محاسباتي (CFD) فلوينت 18/1 در حالت سه بعدي بررسي شده و نتيجه هاي به دست آمده از نرم افزار با داده هاي آزمايشگاهي مقايسه شدند. مدل فاز گسسته متراكم (DDPM) با بسته DEM به منظور در نظر گرفتن اثرهاي تماس ذره- ذره در فاز ذره هاي مورد استفاده قرارگرفت. فاز پيوسته نيز از روش اولرين در شبيه سازي استفاده شد كه مدل آشفتگي پراكندهk-ԑ براي اين فاز مورد استفاده قرارگرفت. مدل درگ گيداسپاو نيز براي محاسبه ضريب تبادل مومنتوم بين گاز- جامد استفاده شد. نتيجه هاي افت فشار و انبساط بستر مدل با داده هاي تجربي همخواني قابل پذيرشي را نشان مي دهند. نتيجه هاي توان تراكمي طيف سنجي در اين سامانه ها نشان مي دهد كه فركانس غالب برابر Hz3/2 بوده كه با سامانه هاي حبابي معمولي تفاوت دارد. با توجه به اين كه در زمينه بسترهاي فواره اي مخروطي كارهاي محدودي صورت گرفته است و به طور ويژه از ديدگاه لاگرانژي در اين بسترها تاكنون كاري انجام نشده است، مطالعه حاضر كه شبيه سازي سه بعدي بستر فواره اي مخروطي است مي تواند مبناي خوبي براي كارهاي آينده در زمينه شبيه سازي CFD بسترهاي مخروطي باشد.

In the present study, the hydrodynamics of tapered fluidized beds (TFBs) for two types of particles, namely, Geldart D and Geldart B with mean diameters of 2 mm and 0.287 mm, respectively, were studied by CFD-DEM in 3D frameworks. The particles phase was simulated by dense discrete phase model (DDPM) in which the particle-particle collision was modeled by the discrete phase method (DEM). While the continuous phase (gas phase) was simulated by the Eulerian approach by considering k-ε turbulent model for this phase. The well-known drag model of Gidaspow was applied for computing the momentum exchange between the phases. It was found that the bed pressure drop and the bed expansion ratio predicted by the proposed model were in close agreement with the corresponding measured data. By evaluating power spectral density in TFBs, it was found that the dominant frequency is about 2.3 Hz for a TFB which is quite different than that calculated in bubbling fluidized beds (BFBs). Due to the fact that this study is one of the few Eulerian-Lagrangian works on TFBs, it can be a suitable basis for future studies in numerical simulation of TFBs.