Нумеричка симулација продора гасовитог млаза у флуидизовани слој

Abstract

У раду је предложен флуид - порозни медијум модел нумеричке симулације флуидизованог слоја (ФС), код кога се густа фаза ФС посматра као фиксни порозни медијум, а интеракција између гаса и честица, као и појава мехурасте фазе, се моделира на основу биланса сила трења између гаса и честица у густој фази ФС, узимајући у обзир интеракције између честица и ефекте судара честица. Овакав приступ моделирању ФС погодан је за брзе инжењерске прорачуне стационарног стања флуидизационог медијума у постројењима са ФС. Предложени поступак моделирања ФС је примењен на нумеричку 2-Д симулацију увођења бочног млаза флуида у ложиште са ФС, која је обухватила одређивање дужине продора млаза у ФС, као и анализу ефеката мешања млазно дозираног гасног горива са флуидизационим флуидом - оксидатором. Резултати прорачуна дужине продора бочног млаза у ФС су упоређени и верификовани са резултатима експеримената из литературе. Генерални закључак нумеричких и експерименталних анализа је да на дужину продора млаза у ФС изузетан утицај има брзина флуида на излазу из млазнице, док угао нагиба млаза, као и висина млазнице, имају далеко слабији утицај. Нумерички експерименти са интензитетом мешања компоненти (горива у млазници и оксидатора у основној струји гаса за флуидизацију), показују да утицај брзине на излазу из млазнице, као и угао нагиба млазнице, слично као код анализе дужине продора млаза у ФС, мало утичу на ниво измешаности компоненти. Међутим, приликом анализе утицаја висине увођења горива, показано је да положај млазнице по висини слоја значајно утиче на интензитет мешања хемијских компоненти у ФС, што није било могуће закључити само на основу анализе дужине продора млаза у ФС.

The paper presents a fluid-porous medium model, developed for the Purpose of fluidized bed (FB) numerical simulation. In the model, a Dense phase is considered to be a fixed porous medium, while gas-particle interactions and the occurrence of bubbling phase are modeled on the basis of a balance of friction forces between gas and particles in the dense phase, taking into account antiparticle collisions. The suggested procedure of FB modeling has been applied to a 2-D numerical simulation of lateral jet injection of fluid into the fluidized combustor. The simulation has included de termination of jet penetration length into the FB, as well as an analysis of the effects of mixing of injected gaseous fuel with fluidizing fluid - oxidizer. A general conclusion of numerical and literature experimental analyses is that jet penetration length into the FB is strongly affected by fluid velocity at the nozzle outlet, while the nozzle inclination angle, as well as the height of the nozzle as placed into the FB furnace, have by far less significant influence. However, during analyzing the impact of fuel intake height, it has been demonstrated that the nozzle vertical position along the FB has a significant influence on the mixing rate of chemical components in the FB, which could not be concluded only from the analysis of the jet penetration length into the FB.