بررسي تجربي و شبيه‌سازي عددي يك جريان سه‌فازي بستر سيال به‌كمك رديابي تصويري ذرات

Experimental and Numerical Investigation of a Three-phase Fluidized Bed, Using Particle Image Velocimetry

به لحاظ اهميت اثرات پاشش فاز مايع در راكتورهاي بالارونده شكست كاتاليستي سيال (FCC)، بررسي تجربي و شبيه سازي مشخصه هاي هيدروديناميكي يك بستر سيال سه‌فازي مورد توجه قرار گرفته است. بر اساس يك مدل سه‌بعدي گذار، يك شبيه سازي سرد با رويكرد اويلري مشابه شرايط واقعي جريان انجام گرفت. در كار حاضر، معادلات حاكم، شامل پيوستگي، ممنتوم و انتقال حرارت براي فازها، يك معادله دماي دانه اي براي تعيين برهم كنش ذرات جامد مطابق تيوري سينتيك جريان دانه اي و يك مدل اغتشاش پراكنده، براي توصيف اثرات آشفتگي جريان چندفازي به‌كار برده شدند. حل معادلات به‌كمك روش حجم محدود صورت گرفت. علاوه بر توزيع كسر حجمي فازها، براي تعيين سرعت ذرات جامد به شيوه رديابي تصويري ذرات (PIV)، از يك سامانه تصويربرداري ديجيتالي برداشت سريع استفاده شد. با اعمال الگوريتم همبستگي متقابل، مقادير و نيز توزيع سرعت محوري و شعاعي ذرات در ارتفاعات مختلف رايزر به‌دست آمدند. نتايج شبيه سازي دوفازي نشان مي دهد كه در اكثر مقاطع يك توزيع سهموي از سرعت ذرات وجود دارد، به‌گونه اي كه سرعت در نزديكي ديواره بستر مقادير كمتري نسبت به نواحي مياني دارد. متقابلاً، نتايج سه‌فازي آشكار مي كند كه فاز سوم تزريق شده تغييرات عمده اي را در الگوي جريان ايجاد كرده است. نتايج شبيه سازي بر پايه CFD مطابقت خوبي با داده هاي تجربي نشان مي دهد.

Due to the importance of the impacts of spraying a liquid into FCC riser reactors, the hydrodynamic characteristics of risers have been numerically and experimentally investigated. Based on a 3D transient model with Eulerian approach, a cold simulation was carried out in conditions similar to flow in a FCC riser reactor. The governing equations for the phases and an equation based on the kinetic theory of granular flow (KTGF), as well as the dispersed turbulence model were applied. The governing equations were numerically solved by FVM for all of phases. Besides volume fraction distribution of the phases, solid particle velocity was determined by utilizing a fast digital image capturing system and particle image velocimetry (PIV) technique. In addition, the particle velocity profile in each height of the riser was obtained via image processing and the cross-correlation algorithm. The results of two-phase simulations show that in most axial levels of the riser, there is a parabola-shaped velocity profile so that the particle velocity near the bed walls is lower than that in the central regions. The results of three-phase simulations revealed that the injection of the third phase into the bed leads to phenomenal changes of the flow pattern. Our results based on CFD are in relatively good agreements with the experimental data.