Modelowanie hydrodynamiki przepływu dwufazowego gaz-ciało stałe w kotle z cyrkulacyjną warstwą fluidalną

• Autorzy: Fuzowski, K. , Stelmachowski, M. , Zarzycki, R.

Warianty tytułu

EN

Computational study of the multiphase flow in the 2d riser ofa circula ting fluidized bed boiler

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Dokonano symulacji hydrodynamiki cyrkulacyjnego kotła fluidalnego (CFB - Circulating Fluidized Bed) z użyciem oprogramowania FLUENT 6.0. Dwuwymiarowy model matematyczny kolumny podstawowej kotła CFB korzystał z eulerowskiego wielofazowego modelu CFD (Computational Fluid Dynamics), stosującego podstawowe równanie Naviera-Stokesa do opisu fazy stałej i gazowej. Równania ciągłości dla fazy stałej wynikały z kinetycznej teorii granularnego przepływu, którą stosuje się zwykle do opisu fazy stałej przy eulerowskim opisie przepływu dwufazowego. Obiektem modelowanym była kolumna podstawowa kotła CFB o skali odpowiadającej instalacji laboratoryjnej i wymiarach 0,08 x 0,03 x 1,53 m. Obliczenia symulacyjne wykonano dla dwóch różnych materiałów warstwy (piasku i korundu), która w obu przypadkach składała się z trzech frakcji o różnych średnicach ziarna, oraz dla trzech wartości objętościowego natężenia przepływu gazu (powietrza). Stężenie materiału warstwy wynosiło 5% obj. Obliczenia wykonano dla warunków izotermicznych w temperaturze 295 K. Wyniki obliczeń numerycznych przedstawiono w postaci wykresów zależności udziału fazy stałej oraz prędkości fazy stałej wzdłuż wysokości dla płaszczyzny symetrii kolumny, a także w postaci rozkładu udziału fazy stałej i prędkości fazy stałej w przekroju poprzecznym dla trzech wysokości kolumny, dla czasu rzeczywistego trwania procesu równego 10 s. Pokazano także konturowy wykres rozkładu fazy stałej wzdłuż wysokości w płaszczyźnie symetrii kolumny. Uzyskane wyniki obliczeń są zgodne z opublikowanymi danymi otrzymanymi poprzez modelowanie przepływu dwufazowego gaz-cialo stałe w podobnych układach geometrycznych i dla mediów o podobnych właściwościach fizykochemicznych.

EN

This work presents a method of simulation of circulating fluidized bed hydrodynamics based on Fluent 6.0. The study deals with the 20 model of a laboratory-scale riser of CFB boiler with a square cross section. The dimensions of the riser were 0.08 x 0.03 x 1.53 m, corresponding to (width) x (depth) x (height). The numerical model is based on the two-dimensional (20) multiphase computational fluid dynamics (CFO) model (based on Navier-Stokes equations) that used an Eulerian description for gas and solid phases. The conservation equations of mass and momentum transfer were based on the kinetic theory for granular flow that gives the best, adequate modeling of solid phase for Eulerian approach. The numerical calculations were performed in isothermal conditions at temperature 295 K. Silica sand and corundum were used as a fluidized bed. The particles bad diameters: 100-200, 200-400 and 400-500 [mu]m. The mean concentration of the solid in the riser was 5% vol. The flow fate of gas was changed from 11 to 18 m3/h in the numerical simulation. Results of the calculations were presented in the plots of the volumetric solid concentration and particle velocity as a function of the riser height. The profile of axial particle velocity, axial volumetric solid concentration and contour plots of solid volume fraction in the riser of the CFB boiler were shown too. The results of calculations are presented for simulations of 10 s real time. The results compare relatively well with other results that can be found for similar systems in other articles.

Słowa kluczowe

PL

kocioł fluidalny cyrkulacyjny; fluidyzacja; eulerowski model przepływu wielofazowego

EN

circulating fluidized bed; fluidization; Eulerian model for the multiphase flow

• Czasopismo: Chemia i Inżynieria Ekologiczna
• Rocznik: 2005
• Tom: Vol. 12, nr s1
• Strony: 47-58
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., 7 rys., 2 tab.

Twórcy

autor

Fuzowski, K.

• Politechnika Łódzka, Wydział Inżynierii Procesowej i Ochrony Środowiska, Katedra Systemów Inżynierii Środowiska, ul. Wólczańska 215, 93-005 Łódź, tel./fax [phone], fax [phone]

autor

Stelmachowski, M.

• Politechnika Łódzka, Wydział Inżynierii Procesowej i Ochrony Środowiska, Katedra Systemów Inżynierii Środowiska, ul. Wólczańska 215, 93-005 Łódź, tel./fax [phone], fax [phone]

autor

Zarzycki, R.

• Politechnika Łódzka, Wydział Inżynierii Procesowej i Ochrony Środowiska, Katedra Systemów Inżynierii Środowiska, ul. Wólczańska 215, 93-005 Łódź, tel./fax [phone], fax [phone],

• Politechnika Łódzka, Wydział Inżynierii Procesowej i Ochrony Środowiska, Katedra Systemów Inżynierii Środowiska, ul. Wólczańska 215, 93-005 Łódź, tel./fax [phone], fax [phone].,

Bibliografia

• [1] Enwald H., Peirano E. i Almstedt A.E.: Int. Multiphase Flow, 1996, 22, 21-66.
• [2] Sun R. i Gidaspow D.: Ind. Eng. Chem. Res., 1999, 38(3), 787-792.
• [3] Van Wachem B.G.M., Schouten J.C., Krishna R. i Van Den Bleek C.M.: Chem. Eng. Sci., 1999, 54, 2141-2149.
• [4] Ibsen C.H., SolbergT. i Hjartager B.H.: Ind. Eng. Chem. Res., 2001, 40, 5081-5086
• [5] Ding J. i Gidaspow D.: AIChE J., 1990, 36(4), 523-538.
• [6] Eastwick C.N., Pickering S.J. i Aroussi A.: Appl. Mech. Modeli, 1999, 23, 437-446.
• [7] Johansen S.T. i Laux H.: Flow Technology, S1NTEF Materials Technology, N-7034 Trondheim, Norwegia.
• [8] Nakamura K. i Capes C.E.: Can. J. Chem. Eng., 1973, 51(1), 39.
• [9] Anderson T.B. i Jackson R.: I, EC Fundam., 1967, 6, 527-534.
• [10] Fluent 6.0 Documentation.
• [11] Gidaspow D., Bezburuah R. i Ding J.: Proceedings of the 7th Engineering Foundation Conference on Fluidization, 1992,75-82.
• [12] Lun C.K.K., Savage S.B., Jeffrey D.J. i Chepurniy N.: J. Fluid Mech., 1984,140, 223-256.
• [13] Ergun S.: Chem. Eng. Próg., 1952, 48(2), 89-94.
• [14] WenC.-Y. i Yu Y.H.: Chem. Eng. Prog. Symp. Series, 1966,62, 100-111.
• [15] Richardson J.R. i Zaki W.N.: Trans. Inst. Chem. Eng., 1954, 32, 35-53.