讨论流化床换热器中传热过程的数值观察

    部分专家在多相流防除垢方面进行了大量研究，取得了较好的成果，他们在汽液固三相流中加人固体粒子形动沸腾系统.固体粒子起到了很好的防、除垢作用，提高了沸腾传热过程的稳定性。于志家等将固体颗粒引人到两相流载气熬发系统中，发现不仅可以显著强化传热，而且可以使壁温及壁面液体过热度明显下降。他们认为，尚体颗粒可以有效地抑制加热壁面上的泡核沸腾，同时其运动对已有的垢层具有明显的冲刷作用。
    为了更深人了解换热器多相流传热特性，研究者们在进行实验测定的同时，也开展了对固体颗粒强化传热机理的研究。按照所考虑的传热机理不同，建立的流化床内传热模型主要有:1)有限层流层模型;2)双阻力膜模型;3)非稳态热传导模型; 4)颖拉替换模型。这些模型为循环流化床的多相流传热进行了有益探索，但他们的模拟对象通常为颗粒的非稳态导热，对颗粒的存在对流场的影响考虑不足。因此，本研究通过考虑固体粒子对液相流场的影响及固相本身的对流传热，建立循环流化床中液固两相流动传热的微分方程，从微观的角度建立液固两相流传热模型，通过模拟探讨了固体粒子对液相流动及传热的影响。

数学模型的控制方程
    本研究采用惰性固体粒子进行研究，假设稳态条件下，固体粒子均匀分布在液相中(根据实验现
象)。在单液相控制方程的基础上，加人固体粒子对液相的流动及传热影响的源项，对方程进行修
正，采用的控制方程具体方程如下:

物理模型及边界条件
    本研究模拟计算循环流化床的加热管部分，如图1所示。Y轴正方向为加热管中两相流主体流动方向;X轴的正方向从加热管轴心处指向管壁。模拟长度为1.8 m(从加热管进口算起)，管径0.04
m,划分的网格数为50 x 50 (X x Y)，图I中箭头所示为加热管中两相流的主体流动方向。采用压力-速度藕合SIMPLE算法，方程采用一阶迎风格式进行离散。

边界条件-进口边界条件
    由于本研究中流动特性的测定是在加热的情况下进行的，因此，本研究的进口液速采用梁五更等所建立的液一固循环流化床中相对速度的计算公式，由实测固体颗粒的速度来推算。相对速度式如下:

   进口温度边界条件采用试验中流体主体温度的实测值。

床壁面的边界条件
    对于床壁面规定采取无滑脱的边界条件，即:ux=0, uy=0, k=0,e为一有限值。
    在壁面附近由于速度梯度较大，数值求解时，要求将计算网格划分的较细，要占据大的CPU和内存。为解决此问题，一般采用壁面函数法来处理。

K为Karman常数.光滑壁面取0.4;k，为当量导热系数，W/(m"K);/L。为当量黔性系数，Pa "s;u。为靠近
管壁的第I个内节点的速度，m/s; u，为管壁处的速度，m/s; T，为靠近管壁的第1个内节点的温度，K;
Tw为管壁处的温度,K;y为靠近管壁的第i个内节点距管壁的距离，m;u，为切应力速度，m/s; E为壁面粗糙度参数，一般取为9.

上一篇文章：加氢原料换热器常见问题的解决方法以及防范措施