氣固鼓泡流化床是工業(yè)中廣泛應用的一種反應器。準確預測流化床內(nèi)流體的流動行為具有較大的現(xiàn)實意義。當前用于氣固流化床數(shù)值模擬的數(shù)學模型主要有雙流體模型、顆粒軌道模型和流體擬顆粒模型。其中，雙流體模型由于所占計算資源少，經(jīng)常被用于模擬流化床內(nèi)氣體及顆粒的流動行為。然而，傳統(tǒng)的雙流體模型中，曳力系數(shù)是基于均勻結(jié)構(gòu)的，這與流化床的非線性、不均勻結(jié)構(gòu)特性相悖，極大地影響了模擬結(jié)果的準確性。這使得人們開始研究基于結(jié)構(gòu)的曳力系數(shù)模型。但是對于結(jié)構(gòu)曳力系數(shù)模型，在求解流化床內(nèi)結(jié)構(gòu)參數(shù)時，由于沒有足夠多的獨立方程求解，在以往的研究中引入穩(wěn)定條件來優(yōu)化求解結(jié)構(gòu)參數(shù)。

近期，中國科學院過程工程研究所研究員朱慶山領導的團隊根據(jù)力的平衡及多尺度概念建立新的基于結(jié)構(gòu)曳力系數(shù)模型，再通過力平衡、質(zhì)量守恒及經(jīng)典的經(jīng)驗公式如R-Z方程建立足夠的獨立方程，使得結(jié)構(gòu)參數(shù)能夠被封閉求解。然后，借助商業(yè)軟件Fluent中的UDF功能，將上述方法嵌入到雙流體模型中，對鼓泡流化床內(nèi)的流體流動行為進行二維和三維模擬。通過對比鼓泡流化床軸向及徑向顆粒濃度，發(fā)現(xiàn)使用此方法的模擬結(jié)果和實驗結(jié)果一致，表明此方法具有較好的應用前景。

上述相關(guān)研究得到國家重點基礎研究發(fā)展計劃（“973”項目，2009CB219904和2013CB632603）資助，研究結(jié)果發(fā)表在 Chemical Engineering Journal 雜志上。