氣固流化床是能源、化工、冶金、石油等行業(yè)的重要設備。與傳統(tǒng)的反應器及燃燒設備相比較，它具有設備大型化、過程易于控制、傳熱傳質效率較高、床內溫度分布較均勻等優(yōu)點。由于其廣闊的應用前景使它自誕生的幾十年來倍受人們的關注，但床體內氣固兩相存在強烈的非線性、復雜性作用使人們對床層內的流動規(guī)律尚不十分清楚，從而導致了流化床設備的設計與放大方面存在很多困難。

為了更好地了解氣固流化床內的兩相流動規(guī)律以便設計與優(yōu)化設備，氣固鼓泡流化床作為一種最基本的流態(tài)化設備一直被作為許多研究者的對象。對鼓泡床的研究方法通常有兩類，一是借助某種數(shù)學模型來研究氣泡特性及其影響因素、氣泡與氣相及顆粒相的相互作用，以對鼓泡床的流態(tài)化過程進行研究；二是利用不同的數(shù)學模型對氣泡進行模擬，然后與來自于試驗或文獻的數(shù)據進行對比，以確定模型的合理性。

本文是采用 Fluent 計算流體力學軟件，基于雙 EULERIAN 模型對氣固鼓泡床內流動特性進行數(shù)值模擬。對分布板鼓泡床的壁面邊界條件進行探討，對模型中是否應考慮兩相對壁面的滑移進行研究也對分布板鼓泡床中的顆粒運動規(guī)律進行研究。

不同壁面邊界條件對模擬結果的影響分析

目前對振動流化床及配件床體壁面的邊界條件，多數(shù)研究者都把氣固兩相對壁面做無滑移處理，即未考慮氣固兩相對壁面的剪切力。但根據“糧倉效應”原理，也有研究者認為應該考慮兩相對壁面存在的剪切力。因為單噴嘴鼓泡床只有噴嘴附近才是鼓泡操作速度，壁面附近的顆粒對床體有無作用的效果不明顯。

從模擬結果來看，流態(tài)化初期密相床層內的高度方向上存在速度差，這就導致高度方向上的流態(tài)化氣速大小不一，較低的氣速使床層發(fā)生均勻膨脹，而較高的氣速則會導致氣泡的生成。模擬所用顆粒直徑為 0.2mm，屬于流態(tài)化原理中 Geldart B 類顆粒，該類顆粒在流態(tài)化氣速較小時床層會先發(fā)生均勻膨脹而無氣泡生成，隨著流態(tài)化氣速增大至鼓泡速度時才會出現(xiàn)氣泡。計算結果與流態(tài)化原理導出的結論一致。從0.7s至1.0s內可以形象地看到鼓泡床底部床層有氣泡相和顆粒相，兩相之間是逐漸過度的。氣泡主要出現(xiàn)在床中心與壁面之間的區(qū)域內，隨著氣泡的上升其形狀和大小都在不斷發(fā)生變化。從圖中可以看出，氣泡底部會形成卷吸顆粒的尾渦，這主要是因為顆粒相對氣泡上升有阻力，尤其是氣泡上部的這種阻力較大，進而導致氣泡在上升過程中上部速度小于底部速度，氣泡底部形成凹陷，凹陷處顆粒的運動速度基本與氣泡上升速度相當，且大大高于周圍顆粒相的運動速度所致。

振動流化床及配件