（动力工程及工程热物理专业论文）流化床气固两相流数值模拟及实验研究.pdf

numerical simulation and experimental for flow characteristics in fluidized-bed a thesis submitted to chongqing university in partial fulfillment of the requirement for the degree of master of engineering by wang chong supervised by prof. shengli tang major： power engineering and engineering thermophysics college of power engineering of chongqing university, chongqing, china may 2011 重庆大学硕士学位论文 中文摘要 i 摘 要 循环流化床炉膛内是典型的稠密气固两相流动系统，其中炉膛内的气固两相 流体动力特性对循环流化床的传热、传质和燃烧性质有着重要的影响。合适的初 始床层高度和倾斜布风板结构将对流化床内的燃烧起促进作用，并且减少炉膛内 的磨损。目前，对于不同初始床层高度和倾斜布风板结构下流化床内气固运动特 性的变化规律研究较少，没有充分认识它们对流化床内气固之间混合过程的影响。 本文采用双流体模型对水平布风流化床内的气固运动特性和不同初始床层高度对 气固运动特性的影响进行了研究，同时通过可视化实验进行了气泡特征研究，数 值模拟结果与实验观测具有良好的一致性，证明了所选模型的正确性。然后对 形和形两种不同形状的倾斜布风板进行数值模拟，通过改变布风板倾斜角度和 布风室面积比，研究不同情况下循环流化床内气固两相运动特性的异同，为倾斜 布风板循环流化床锅炉的设计提供理论依据。已得到的研究结论如下： 通过对单喷嘴水平布风板流化床的数值模拟和实验研究发现： 流化床内 存在中心区域固体颗粒浓度较稀，边壁处固体颗粒浓度较浓的“环-核”流动 结构以及颗粒在轴向中心处向上运动，边壁处向下沉降的循环流动形式。并且 随着初始床层高度的增加：流化床内气泡直径增大，气体泄漏率减小，床层压力 梯度基本不变，流动结构的非均匀性增强。 通过对倾斜布风板的数值模拟发现：由于形布风板布风方式的特点为， 两侧风速高、中心风速低。因此在两侧高速风的作用下，流化床内两侧颗粒快速 向上运动到床层顶部破裂，然后中心颗粒向下运动到床层底部并横向扩散填补高 速风区颗粒被带走之后的空缺，形成颗粒内循环。而形布风板的布风方式为， 中心风速高，两侧风速低，颗粒在中心高速风的作用下快速向上运动，布风板两 侧颗粒在低速风和重力的联合作用下向下移动，形成中间为流化床，两侧为移动 床的复合流化现象。 在相同进口速度条件下，随着布风板倾斜角度的增加，形布风板流 化床和形布风板流化床内气固混合特性得到加强。在改变布风室面积比时， 形布风板流化床和形布风板流化床内的气固两相运动特性呈现不同的变 化趋势。随着中间布风区域面积的减少，形布风板流化床内气固混合特性增 强，而形布风板流化床内气固混合特性减弱。 关键词：关键词：循环流化床，双流体模型，气固两相流 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 ii abstract it is a typical dense gas-solid flow system in the furnace of circulating fluidized bed boiler. fluid dynamic characteristics of gas-solid flow in the furnace have a great impact on heat transfer, mass transfer and combustion properties. appropriate initial bed height and inclined distributor plate not only are conducive to combustion in circulating fluidized bed, but also can reduce the abrasion of the furnace. in this paper, two flow model have been used to simulate the single jet fluidized bed .it has studied the gas-solid flowing processes and analyzed different initial bed height on fluidized bed inside the influence of gas-solid movement characteristics with simulate and experiment. the flow behavior of particles in the fluidized bed with -shaped and -shaped were investigated respectively. by changing the wind angle and area ratio on the air distributors, observe the different of the circulating fluidized bed particle phase fluidization characteristics, for the circulating fluidized bed boiler design. has received the following conclusions： based on the simulation and experimental found that, the particle concentration distribution shows a coreannular flow frame where the solid is denser in the annular region than core region and the particle axial velocity shows the internal circulation pattern that the particle movement is upward in the core zone and down in the annulus zone. with the initial bed height increases, the bubble diameter increases and gas leakage rate decreases, the pressure distribution is essentially the same, the non-uniformity of flow structure. via simulation of the -shaped and -shaped fluidized bed, it is found that -shaped distributor. particles in the middle move downward under the low velocity and the action of gravity then move upward under the high velocity near the two sides. so the multiple fluidizations, in which fluidized bed exists at two sides, and moving bed exists in the middle, will form under this flow condition. while gas velocity in the middle is higher than that at the two sides in the -shaped distributor. the particles in the middle move upward under the high air velocity, then move downward under the low air velocity and gravity action at the two sides. so the multiple fluidizations, in which fluidized bed exists in the middle and moving bed exists at the two sides, will form under this flow condition. under the same inlet velocity, of with the increase of angle of air distribution 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 iii plate, gas-solid mixing characteristics have been strengthened of the -shaped and -shaped fluidized bed. in the changing room area, there are different trends in -shaped and -shaped fluidized bed. with the reduction in area of air distribution, the gas-solid mixing characteristic of -shaped fluidized bed is increase, but the gas-solid mixing characteristic of -shaped fluidized bed is reduced. keywords：circulating fluidized bed, two fluid model, gas-solid flow. 重庆大学硕士学位论文 目 录 iv 目 录 中文摘要中文摘要 . i 英文摘要英文摘要 . ii 1 绪绪 论论 . 1 1.1 问题的提出及研究意义问题的提出及研究意义 . 1 1.2 流态化技术及优点流态化技术及优点 . 2 1.2.1 流态化现象及其定义 . 2 1.2.2 气固流化床 . 2 1.3 循环流化床锅炉的发展状况循环流化床锅炉的发展状况 . 4 1.3.1 国外循环流化床锅炉的发展状况 . 4 1.3.2 国内循环流化床锅炉的发展状况 . 5 1.4 气固流化床两相流模型与研究进展气固流化床两相流模型与研究进展 . 7 1.4.1 双流体模型 . 7 1.4.2 离散颗粒模型 . 8 1.4.3 小室模型 . 9 1.4.4 模型的比较 . 10 1.5 研究目的及研究内容研究目的及研究内容 . 10 2 数值模拟方法及求解过程数值模拟方法及求解过程 . 12 2.1 双流体模型的基本方程及实现方法双流体模型的基本方程及实现方法 . 12 2.1.1 双流体模型的基本方程 . 12 2.1.2 颗粒相间的封闭. 13 2.1.3 气固两相的封闭. 15 2.1.4 湍流方程的选择. 16 2.2 数值模拟求解过程数值模拟求解过程 . 17 2.2.1 模型的建立与网格划分 . 18 2.2.2 离散方程的建立. 19 2.2.3 差分方程的建立. 20 2.2.4 计算方法 . 22 2.2.5 计算条件 . 24 2.2.6 初始条件和边界条件 . 26 2.3 本章小结本章小结 . 26 3 流化床鼓泡现象的实验研究与数值模拟流化床鼓泡现象的实验研究与数值模拟 . 27 重庆大学硕士学位论文 目 录 v 3.1 实验方法与实验步骤实验方法与实验步骤 . 27 3.1.1 实验系统 . 27 3.1.2 高速摄像系统 . 28 3.1.3 实验步骤 . 28 3.2 气固流动特性分析气固流动特性分析 . 29 3.2.1 气泡特征研究 . 29 3.2.2 颗粒相速度分布. 33 3.2.3 初始床高对床内气固运动特性的影响 . 34 3.3 本章小结本章小结 . 36 4 布风板结构对气固流动特性的影响研究布风板结构对气固流动特性的影响研究 . 37 4.1 形布风板流化床的数值模拟形布风板流化床的数值模拟 . 37 4.1.1 颗粒流动特性研究 . 37 4.1.2 布风板倾斜角对气固运动特性的影响 . 39 4.1.3 布风室面积比对气固运动特性的影响 . 42 4.2 形布风板流化床的数值模拟形布风板流化床的数值模拟 . 45 4.2.1 颗粒流动特性研究 . 45 4.2.2 布风板倾斜角对气固运动特性的影响 . 46 4.2.3 布风室面积比对气固运动特性的影响 . 50 4.3 本章小结本章小结 . 53 5 结论与展望结论与展望 . 54 5.1 结论结论 . 54 5.2 展望展望 . 55 致致 谢谢 . 56 参考文献参考文献 . 57 附附 录录 . 60 重庆大学硕士学位论文 1 绪 论 1 1 绪 论 1.1 问题的提出及研究意义 我国是全球煤炭生产和消费大国，煤炭作为一次能源主要用于电力工业和工 业锅炉中，这种现状在相当长的时间内基本不会改变。但是由于传统燃烧技术具 有燃烧效率低和气体污染物排放多等缺点，造成我国每年排入大气的 87%的 so2 和 67%的 nox均来源于煤炭的直接燃烧。煤炭燃烧所产生的大气污染物如酸雨、 粉尘污染等给环境造成了巨大的破坏，严重影响了人们的生产和生活。因此，十 分需要采用清洁燃烧技术，实现煤的清洁燃烧，减少对环境造成的污染。 循环流化床燃烧技术作为一种有效的清洁燃烧技术，已广泛应用在电力工业 及工业锅炉等方面。因为循环流化床锅炉具有燃料适应性广、燃烧效率高、气体 污染物排放少、负荷调节范围大、灰渣可综合利用等优点，在我国得到了迅速发 展。 循环流化床炉膛内是典型的稠密气固两相流动系统，其中炉膛内的气固两相 流体动力特性对循环流化床的传热、传质和燃烧性质有着重要的影响。从 20 世纪 70 年代以来，各国学者对循环流化床中气固两相流动规律进行了大量的研究，并 在许多方面，如颗粒聚集行为、颗粒速度分布、颗粒流率、床层空隙率分布、床 内压力分布、气体速度分布、气固混合特性等取得了重大突破。由于循环流化床 内气固两相流体动力特性十分复杂，它不仅取决于流化风速、固体颗粒循环流率、 气固物性，而且受设备结构尺寸、设备形状、运行参数等的影响。因此尽管目前 对循环流化床内气固两相流体动力特性的研究取得了很大的进展，但是仍然有许 多问题需要进一步去认识和解决1。 流化床内床料的多少将会对流化床内的磨损、供风量和厂用电的消耗等产生 重要的影响。如果初始床料过多，将会加剧炉膛内的磨损，增加供风量和厂用电 的消耗。反之，如果初始床料过少，将会导致燃烧不充分，燃烧效率降低。因此 需要确定一个合适的初始床层高度。 布风装置是循环流化床锅炉燃烧系统的重要组成部分。布风板的工作性能直 接影响着循环流化床内固体颗粒流动、混合和化学反应过程，以及锅炉的安全运 行。目前常见布风板有三种型式，第一是水平布风板，第二是在大型燃煤循环流 化床中使用的裤衩式布风板，第三是为增强流化床内颗粒的横向扩散性能和解决 垃圾燃烧等的杂物排放问题而出现的倾斜布风板。由于水平布置的布风板具有结 构简单、容易控制等特点，所以被广泛应用于中小型燃煤循环流化床锅炉中。但 当水平布风板流化床技术应用于固体废弃物混合燃烧技术时，水平布风板对流化 重庆大学硕士学位论文 1 绪 论 2 床内大颗粒等杂物的排放造成了一定的困难，因此需要改变布风板结构来提高固 体颗粒之间的混合能力和解决杂物的排放问题。形布风板与形布风板是常见 倾斜布风板，通过采用形布风板与形布风板技术能有效解决流化床内杂物的 排放问题，并加强床内颗粒的横向运动特性，形成床内颗粒自身内循环，提高固 体颗粒之间的混合能力。目前对于倾斜布风板流化床的研究较少，并且大多使用 实验研究的方法。由于实验研究的局限性，使得无法全面了解倾斜布风板流化床 内部的气固运动特性，以及其内部的传热、传质、燃烧特性。所以本文对倾斜布 风板流化床进行数值模拟，了解其气固运动特性，寻找合适的倾斜布风板结构， 使流化床内部气固混合良好，为设计制造倾斜布风板流化床提供理论依据。 1.2 流态化技术及优点 1.2.1 流态化现象及其定义 流态化现象如图 1.1 所示，是指在放有一定质量的固体颗粒的开口容器中，均 匀有规律地使流体（气体或液体）从容器底部进入容器，当流体速度逐渐增大到 某一临界值后，固体颗粒上下翻腾地漂浮在开口容器 中呈现拟悬浮状态。这种使固体颗粒具有类似流体性 质的现象被称为流态化技术。该过程为初始流态化过 程。 当流体流过固体颗粒层时，固体颗粒受到自身重 力、气固相间的曳力等相互作用。在理论上，当固体 颗粒受到的合力平衡时会出现流态化现象。因此，流 态化可以定义为：当流体（气体或液体）以一定速度 通过固体颗粒层时，流体对固体颗粒作用的气固相间 曳力与固体颗粒所受到的其他作用力相平衡的这一状 态。因此可以利用流动流体的作用使固体颗粒群悬 浮在容器内，让固体颗粒具有流体的某些特性。流态化技术便是利用这种流 体与固体颗粒间的接触方式让固体颗粒具有流体性质， 实现生产的操作过程。 1.2.2 气固流化床 根据作用流体种类的不同，可以将流态化分为气固流态化、液固流态化、气 液固三相流态化。 在各类流化床中，应用最为广泛的是由流过固体颗粒层的气体和固体颗粒组 成的气固流化床。气固流化床具有以下重要特性： 流化床内的固体颗粒具有类似于静止状态的液体的基本性质； 图 1.1 流态化现象 fig.1.1 fluidized phenomenon 重庆大学硕士学位论文 1 绪 论 3 流化床内底部密相区任意高度的静压近似等于在此高度上单位床截面内 固体颗粒的质量； 当流化床本体发生倾斜时，底部密相区表面总是保持水平，床内气固混合 物的总体形状与流化床容器的形状一致； 流化床内固体颗粒混合良好，当底部密相区被加热时，整个床层的温度基 本上是均匀的。 根据进入流化床内流化气体速度的大小，可以依次把气固流化床划分为固定 流化床、鼓泡流化床、湍流流化床、快速流化床及气力输送等。图 1.2 表现了随着 进口气体速度的改变，气固流化床内的流场变化情况。当进入流化床的流化气体 速度较小时，固体床层颗粒保持静止状态，气体在固体颗粒间的间隙以渗流方式 通过静止床层，这时为固定床。 图 1.2 不同流化气体速度下床层的改变2 fig.1.2 the transfer of gas-solid fluidization bed at different air velocity conditions 当通过固定床的气体速度增大，在流化床内产生的压降会随着气体速度的增 大而增大，直至气体速度达到最小流化风速（umf） 。当气体速度达到最小流化风 速时，流化床内固体颗粒呈现“无重量”的悬浮状态，这标志着固定床开始发生 改变，转化为初始流态化状态，此时的风量为临界流化风量。在该状态下，固体 颗粒表现出流体特性。在初始流态化状态后继续增大气体流量，流化床内会产生 不同的现象。根据不同的固体颗粒特性和流化床结构，流化床内会出现鼓泡流化 床、准散式流化床、节涌流化床三种不同形式。 重庆大学硕士学位论文 1 绪 论 4 如果在流化床处于鼓泡流化状态时继续增大气体风量， 那么超过临界流化风量 的气体会以气泡形式通过固体颗粒床层。随着流化风量的增加，流化床内气泡的 产生、合并和破裂程度也会相应的增大，床内呈现较剧烈的气固两相运动状态， 大量固体床料颗粒被抛向密相区上方的自由空间。这种状态被定义为湍流流化床。 在湍流流化床的基础上继续增大流化风速会使密相区床层中的固体颗粒下降 速度低于流化风速，固体颗粒将会被气流从床内夹带上升并按粒径大小进行分离， 流化床内气固两相表现出一种悬浮物状态。这种状态为快速流化床。 1.3 循环流化床锅炉的发展状况 1.3.1 国外循环流化床锅炉的发展状况 在循环流化床的发展初期有较多的技术流派，对大型循环流化床锅炉，各个 公司之间存在激烈的市场竞争和重组。经过多年的技术发展逐渐形成了以下几个 主要技术流派3： 以绝热旋风筒带有外置换热床的循环流化床锅炉技术为代表的德 国鲁奇（lurgi）公司 lurgi 炉型、以炉膛内布置翼形受热面的高温绝热旋风分离的 循环流化床锅炉技术为代表的原芬兰奥斯龙（ahstrom）公司 pyroflom 炉型和以带 有 intrex 式循环灰热交换器循环流化床锅炉技术为代表的美国福斯特惠勒 （fw）公司 fw 炉型。 鲁奇(lurgi)型循环流化床锅炉8 鲁奇公司是最早生产循环流化床 锅炉的公司之一， 该公司循环流化床 锅炉的主要特点是采用高循环倍率、 高温旋风分离器和外置式流化床热 交换器。 该炉型调节流化床床温的主 要方法是调节固体颗粒进入流化床 换热器的流量和固体物料在直接返 回燃烧室所占的比例。 在吸收常规煤 粉锅炉和鼓泡流化床锅炉各自燃烧 技术长处的同时， 鲁奇型循环流化床 锅炉利用其独特的分段燃烧和物料 的炉内炉外循环技术， 实现了炉内脱 硫固氮， 提高了锅炉的燃料的适应性 和燃烧效率。 鲁奇型循环流化床锅炉 结构如图 1.3 所示。 pyroflow 型循环流化床锅炉 图 1.3 lurgi 型循环流化床锅炉 fig.1.3 the schematic of lurgi cfb 重庆大学硕士学位论文 1 绪 论 5 芬兰的奥斯龙（alhstrom）公司生产的 pyroflow 型循环流化床锅炉特点是采用 高循环倍率、高温绝热旋风分离器，热灰循环和型过热器等技术。其炉膛内的 结构特点为：炉膛内布置少量受热面并且没有外置式换热器，回料阀一分为二， 猪尾形布风风帽。该种锅 炉具有系统简单、结构紧 凑、分离效率高、制造安 装简单、厂用电较低等优 点，但同时存在着耐火材 料耗量大、重量大、分离 器内部尤其是靶区的耐火 耐磨材料易磨损和散热量 较大等缺点。目前我国自 行研制的大型循环流化床 锅炉主要采用该炉型。 pyroflow 型循环流化床锅 炉结构如图 1.4 所示。 福斯特惠勒(fw) 型循环流化床锅炉 美国福斯特惠勒（fw）公司是著名的循环流化床锅炉公司，它在开发循环 流化床锅炉方面有着自己的特点。 该公 司已经成功的在循环流化床锅炉中运 用汽水冷高温旋风分离器、 intrex 式 循环灰热交换器、 方形高温分离器等技 术。福斯特惠勒(fw)型循环流化床锅 炉主要特点为： 采用气冷或水冷旋风分 离器，分离器内壁用膜式鳍片管制造， 既可起分离作用，又可作为蒸发受热 面， 适合变负荷运行； 炉膛内设有内置 床， 有利于锅炉向大型化发展。 福斯特 惠勒 (fw) 型循环流化床锅炉结构如 图 1.5 所示。 1.3.2 国内循环流化床锅炉的发展状况 20 世纪 40 年代末我国开始对流化床技术进行研究。 当时主要在焙烧冶金材料 图 1.5 fw 型循环流化床锅炉 fig.1.5 the schematic of fw cfb 图 1.4 pyroflow 型循环流化床锅炉 fig.1.4 the schematic of pyroflow cfb 重庆大学硕士学位论文 1 绪 论 6 和合成化工材料等方面运用流化床技术，并对于流态化技术的掌握一度处于世界 领先地位。在 20 世纪 60 年代中期，我国开展了流化床锅炉的研究工作，并相继 有大量的流化床锅炉投入实际运行。1981 年，中国科学院工程热物理研究所和清 华大学分别率先开展了循环流化床燃烧技术的研究工作，这标志着我国循环流化 床锅炉的研究和产品开发的正式启动。至 20 世纪 80 年代末 90 年代初，已有一批 35、75 t/h 各种型式的循环流化床锅炉先后投入实际运行。 在自主研究设计开发的同时，我国也在大力引进、消化、吸收国外大型循环 流化床锅炉的先进经验，并开发具有自己特色和专利技术的大型循环流化床锅炉。 20 世纪 90 年代中期开始，我国锅炉厂与科研机构开发出中容量循环流化床锅炉。 上海锅炉厂、中科院工程热物理研究所与日本三井造船株式会社合作，开发出中 温中压循环流化床锅炉（130t/h，3.82mpa，450） 。随后，在该炉型基础上开发 出 220t/h 的高温、高压循环流化床电站锅炉。2003 年，我国的三大锅炉厂(东锅、 哈锅和上锅) 共同引进法国 alstom 公司 200350 mw 等级循环流化床锅炉技 术，推进了我国大型 cfb 锅炉的发展。采用该技术，东方锅炉厂设计制造了秦皇 岛三期工程 2 台燃用贫煤的 300 mw cfb 锅炉，于 2006 年 11 月投入运行；哈尔 滨锅炉厂设计制造了云南开远电厂 2 台燃用褐煤的 300 mw cfb 锅炉，于 2006 年 6 月投入运行；上海锅炉厂设计制造云南小龙潭电厂三期 2 台燃用褐煤的 300 mw cfb 锅炉，于 2007 年 1 月投产。这一批 300 mw 级的亚临界 cfb 锅炉采 用的是同一种技术，设计蒸发量均为 1025 t/ h，蒸汽参数也大致相同：主蒸汽压力 17.4 mpa，主蒸汽温度 540，再热蒸汽压力 3.72 mpa，再热蒸汽温度 540 。 以四川白马电厂的 300 mw 循环流化床锅炉为例，锅炉采用“裤衩型”分体炉膛， 炉膛内无悬吊受热面，4 个内砌耐火砖的高温旋风分离器和 4 个外部流化床热交 换器布置在燃烧室两侧，旋风分离器的直径为 8.77 m。 在引进 300 mw 等级循环流化床锅炉技术的同时，各大锅炉厂均开发了具有 自主知识产权的 300 mw cfb 锅炉技术，具备制造和供货能力。东方锅炉厂开发 的具有自主知识产权的 300 mw cfb 锅炉特点是采用单炉膛结构 m 型布置， 3 只 汽冷式旋风分离器和 1 个尾部竖井，炉膛内布置有屏式受热面，无外置式换热器。 哈尔滨锅炉厂的 300 mw cfb 锅炉特点是采用单炉膛、裤衩形双布风板结构，燃 烧室蒸发受热面采用膜式水冷壁及水冷屏结构。采用水冷布风板，大直径钟罩式 风帽，炉膛内布置高温屏式再热器和二级过热器。上海锅炉厂的 300 mw cfb 锅 炉技术特点是 h 型布置、尾部单烟道、旋风分离器、回料腿给煤和石灰石、钟罩 式风帽、床上/床下联合点火等。目前，哈尔滨锅炉厂、东方锅炉厂、上海锅炉厂、 清华大学、西安热工院、西安交通大学和中科院等主要 cfb 制造商、高校和科研 院所已经开始了 600mw 超临界 cfb 锅炉的研发工作，其设计特点是锅炉主要由 重庆大学硕士学位论文 1 绪 论 7 单炉膛、6 个高效汽冷旋风分离器、6 个回料阀、6 个外置式换热器、尾部对流烟 道、 6 台滚筒冷渣器和 2 个回转式空预器等部分组成。 我国已成为世界上投运 cfb 锅炉台数最多，总装机容量最大的国家。 1.4 气固流化床两相流模型与研究进展 从理论上讲，可以通过质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定律三者的 综合运用来描述任何流体的运动特性。 这些基本定律可由如欧拉方程(euler 方程)、 纳维-斯托克斯方程(navier-stokes 方程)等数学方程组(偏微分方程组或积分方程 组)来描述。计算流体力学（computational fluid dynamics，简称 cfd）是指，通 过计算机的辅助，利用数值方法求解描述流体运动的数学方程组，来研究流体的 运动特性，揭示定常流体运动的空间物理特性和非定常流体运动的时空物理特性。 由于计算流体力学具有比真实实验更经济，更方便地获得在各种工况下的完整数 据等优点，随着近年来计算机运算效率的提高，使得计算流体力学成为了一种与 实验研究并存的有效方法而被广泛运用9。 循环流化床数学模型可以根据研究对象的变化情况的不同，分为静态数学模 型和动态数学模型两大类。静态数学模型研究的是在一定运行条件下的研究对象 稳态工作后相关点的变化规律；而动态数学模型研究的是在不同扰动条件下，各 种性能随时间的变化规律。按照对研究对象简化程度的不同，循环流化床数学模 型(主要是炉膛部分)可被分为零维、一维、二维、三维数学模型。按照所采用模 拟方法的不同进行分类，循环流化床数学模型可以分为三大类，第一是双流体模 型，第二是离散颗粒模型，第三是小室模型。 1.4.1 双流体模型 双流体模型（two fluid model）是将固体颗粒相视为拟流体，假设颗粒与流体 是共同存在且相互渗透的连续介质，两相流场可以看作是两种流体各自运动及相 互作用的综合表现。 1986 年，gidaspow 等10首次提出用欧拉方法建立的双流体模型。在其双流体 模型中固体颗粒相被视为连续相，并在模拟过程中忽略颗粒相粘度对模拟结果的 影响。该模型成功地模拟了鼓泡流化床内流体的流动过程。tsuo 等11在 gidaspow 建立的双流体模型基础上，考虑固体颗粒相粘度对模拟结果的影响，对双流体模 型进行修正，成功地模拟出流化床中环-核流动结构，观察到在流化床中存在着粒 子束，并统计分析了粒子尺寸的分布规律。benyahia 等12利用双流体模型成功模 拟了循环流化床上升段的气固两相流动情况，再现了流化床内明显的环-核流动结 构，模拟所得的径向颗粒浓度、颗粒流量分布规律等均与实验结果相符；并且还 发现随着流化床底部密相区固体空隙率的减少，炉膛内的固