应用 | CAE仿真技术在流化床反应器设计中的应用简介

流化床反应器大量应用在能源电力、石油化工、化学工程、冶金等行业。流化床反应器的设计涉及到气-固、液-固、气-液-固三相的复杂流动、传热与传质问题，目前工程设计主要依赖成熟的设计经验公式和一些模型试验获得的一些数据。由于放大效应的影响，CAE仿真工具在研究反应器核心部件如：底部风室、布孔板、风帽结构、内构件设置、分离器和内部整体流化形式方面有独特的价值。下文是CAE仿真技术在流化床反应器研发过程中部分常见工程问题的简要介绍：

内部流化形式的特征研究

• 床层膨胀高度、流化形式研判

• 阻力特征

• 停留时间

• 浓相区沿高度与径向各相浓度与速度分布特征

• 内构件布置

云图显示在不同气流质量流率下，煤粉颗粒体积分数分布 。曲线显示床层厚度与压降随风速增加的变化趋势，并与模型试验验证对比（2D，fluent 13，欧拉-欧拉模型）。

上图是利用fluent DEM分析流化床内部颗粒群的流动细节，直观地反映了流化床内部颗粒流态化的形态。

关键部件设计问题

• 锥底进风布置与内构件设计与分析

• 风板开孔及风帽结构设计与分析

• 回料装置的设计与分析

• 多相分离器设计与分析

流化床内部增设隔墙或管排用于增强内部颗粒循环，强化传热；实现能耗小，启动快的特点。利用ANSYS CFD 欧拉多相流模型分析不同床层高度下内部颗粒与气体的循环流量与压降，为内循环流化床反应器设计分析提供指导性帮助。

上图利用ANSYS CFD软件研究对比不同分布气结构速度仿真与试验验证对比,结果基本一致.因此,ANSYS CFD可以在流化床反应器设计选型方案中提供实质性帮助。

相关CAE软件模块：

几何建模：Ansys DesignModeler、Ansys SCDM

结构仿真分析：ANSYS Mechanical

流体仿真分析：Ansys Fluent/CFX、ICEM CFD

并行计算分析：ANSYS HPC

设计优化分析：Ansys optiSlang