Experimental and computational study of the bed dynamics of semi-cylindrical gas–solid fluidized bed

Authors


Abstract

With computational fluid dynamics (CFD) it is possible to get a detailed view of the flow behaviour of the fluidized beds. A profound and fundamental understanding of bed dynamics such as bed pressure drop, bed expansion ratio, bed fluctuation ratio, and minimum fluidization velocity of homogeneous binary mixtures has been made in a semi-cylindrical fluidized column for gas–solid systems, resulting in a predictive model for fluidized beds. In the present work attempt has been made to study the effect of different system parameters (viz., size and density of the bed materials and initial static bed height) on the bed dynamics. The correlations for the bed expansion and bed fluctuations have been developed on the basis of dimensional analysis using these system parameters. Computational study has also been carried out using a commercial CFD package Fluent (Fluent, Inc.). A multifluid Eulerian model incorporating the kinetic theory for solid particles was applied in order to simulate the gas–solid flow. CFD simulated bed pressure drop has been compared with the experimental bed pressure drops under different conditions for which the results show good agreements.

Abstract

La simulation par ordinateur de la dynamique des fluides (CFD) permet de décrire le comportement des écoulements dans les lits fluidisés. Une étude fondamentale et approfondie de la dynamique de lit, tels la perte de charge de lit, le taux d'expansion de lit, le taux de fluctuation de lit et la vitesse de fluidisation minimale de mélanges binaires homogènes, a été réalisée dans une colonne fluidisée semi-cylindrique pour des systèmes solides de gaz, permettant d'obtenir un modèle prédictif pour les lits fluidisés. Dans le présent travail, on a tenté d'étudier l'effet de différents paramètres de système (à savoir, la taille et la masse volumique des matériaux de lit et la hauteur statique initiale de lit) sur la dynamique de lit. Des corrélations ont été établies pour l'expansion de lit et les fluctuations de lit en s'appuyant sur l'analyse dimensionnelle de ces paramètres de système. Une étude par ordinateur a également été menée à l'aide du logiciel commercial de CFD Fluent (Fluent, Inc.). Un modèle eulérien multifluide faisant appel à la théorie cinétique pour les particules solides a été utilisé afin de simuler l'écoulement gaz-solides. La perte de charge de lit simulée par la CFD a été comparée à la perte de charge de lit expérimentale dans différentes conditions et les résultats montrent un bon accord.

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