回转容器内模拟散体流动

　　1引言

　　散体是离散固体颗粒的集合体其中，颗粒的数量，大小、形状、性质各不相同，是典型的复杂系统。散体流动指散体在外力和内部应力作用状况变化时的像流体似的运动状态。所有化工物料中，相当多是以散体形态存在的，而散体在回转容器内的流动也普遍见于各种工业过程之中，如锻烧炉，回转干燥机等等。散体的流动与常见的气体、液体流动很不同，流动结构的不均匀性以及随机性是其最显著的特征，也是当今散体流动定量分析与预测的难点。由于对散体流动机理不明，更无定论或定量计算模型，致使许多多相流工程热物理与化学反应过程的研究开发周期长、费用高、设备难放大，日渐成为阻碍国民经济发展的瓶颈问题之一。因此，在研究开发涉及散体流动的新型设备以及技术改造老装置时，深刻认识散体流动的特性及其产生机理具有重要的理论和现实意义。

　　目前专门研究散体在回转容器内流动也很多，如ME Sheehan等和Sergio M. Savaresi等[4]研究有抄板滚筒干燥机内的散体流动，M. Silvina Tomassone等的实验反映散体在回转干燥容器内的流动状况，Jules Thibault等U]用理想混合模型和改进Cholette-Cloutier模型，模拟转筒干燥机内散体的轴向传递特性，A. A. Boateng等降9]也研究回转容器内散体的流动，然后将回转圆筒内流动的散体划分2个区域模拟。在这些研究中，A. A. Boateng等的研究更真实地反映了在无抄板的情况下，回转圆筒内散体流动的状态，指出散体在回转容器内的流转状态可以分为6种，如图1所示。

　　图1，散体随回转圆筒转速由低到高经历了滑动、滑落、滚动、小瀑布流、大瀑布流和环流等6种流动状态。

　　A. A. Boateng等用模拟的方法研究回转容器内散体的流动，可惜他们设定条件将流动的散体划分为静止层和剪切层分别模拟，并假定剪切层很薄，未能从整体上把握散体流动的特点。本文从分析散体的流变特性出发，得出回转圆筒内的散体流动的必要条件，将其引入双流体模型，然后模拟回转圆筒内的散体流动。

　　2几何模型与模型假设

　　本文所模拟的几何模型如图2所示。

　　回转容器以一定的转数转动，其中的流体包括气相和固体颗粒相。(图2)

　　本文模拟回转容器内散体的流动作以下假设:

　　(1)散体为连续流体。

　　(2)气相为湍流流动。

　　(3)颗粒相与回转圆筒筒壁之间不滑动。

　　3散体发生形变的必要条件

　　分析散体的力学特性可知，当散体形变，即散体流动时需满足Mohr-Coulomb破坏判断标准