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Keywords:

  • multiphase flow;
  • fluidization;
  • computation;
  • modelling;
  • CFD;
  • drag models;
  • two-dimensional

Abstract

In computational fluid dynamics modelling of gas–solid two phase flow, drag force is one of the dominant mechanisms for interphase momentum transfer. Despite the profusion of drag models, none of the available drag functions gives accurate results in their own original form. In this work the drag correlations of Syamlal and O'Brien (Syamlal and O'Brien, Int. J. Multiphase Flow. 1988; 14(4):473–481), Gidaspow (Gidaspow, Appl. Mech. Rev. 1986; 39:1–23), Wen and Yu (Wen and Yu, Chem. Eng. Prog. Symp. Ser. 1966; 62(2):100–111), Arastoopour et al. (Arastoopour et al., Powder Technol. 1990; 62(2): 163–170), Gibilaro et al. (Gibilaro et al., Chem. Eng. Sci. 1985; 40:1817–1823), Di Felice (Di Felice, Int. J. Multiphase Flow. 1994; 20(1):153–159), Zhang-Reese (Zhang and Reese, Chem. Eng. Sci. 2003; 58(8):1641–1644) and Hill et al. (Hill et al., J. Fluid Mech. 2001; 448:243–278) are reviewed using a multi-fluid model of FLUENT V6.3.26 (FLUENT, 2007. Fluent 6.3 User's Guide, 23.5 Eulerian Model, Fluent, Inc.) software with the resulting hydrodynamics parameters being compared with experimental data. The main contribution of this work is to propose an easy to implement and efficient method for adjustment of Di Felice drag law which is more efficient compared to the one proposed by Syamlal-O'Brien. The new method adopted in this work showed a quantitative improvement compared to the adjusted drag model of Syamlal-O'Brien. Prediction of bed expansion and pressure drop showed excellent agreement with results of experiments conducted in a Plexiglas fluidized bed. A mesh size sensitivity analysis with varied interval spacing showed that mesh interval spacing with 18 times the particle diameter and using higher order discretization methods produces acceptable results.

Dans la modélisation par la dynamique des fluides par ordinateur de l'écoulement diphasique gaz-solide, la force de traînée est l'un des mécanismes dominants dans le transfert de quantité de mouvement interphase. Malgré la profusion des modèles de traînée, aucune des fonctions de traînée disponibles ne donnent de résultats précis dans leur forme originale. Dans cet article, les corrélations de traînée de Syamlal and O'Brien (Syamlal and O'Brien, Int. J. Multiphase Flow. 1988; 14(4):473–481), Gidaspow (Gidaspow, Appl. Mech. Rev. 1986; 39:1–23), Wen and Yu (Wen and Yu, Chem. Eng. Prog. Symp. Ser. 1966; 62(2):100–111), Arastoopour et al. (Arastoopour et al., Powder Technol. 1990; 62(2):163–170), Gibilaro et al. (Gibilaro et al., Chem. Eng. Sci. 1985; 40:1817–1823), Di Felice (Di Felice, Int. J. Multiphase Flow. 1994; 20(1):153–159), Zhang-Reese (Zhang and Reese, Chem. Eng. Sci. 2003; 58(8):1641–1644) et Hill et al. (Hill et al., J. Fluid Mech. 2001; 448:243–278) sont examinées à l'aide du modèle multi-fluides du logiciel FLUENT V6.3.26 (FLUENT, 2007. Fluent 6.3 User's Guide, 23.5 Eulerian Model, Fluent, Inc.), les paramètres hydrodynamiques résultants étant comparés aux données expérimentales. La principale contribution de ce travail est de proposer une méthode efficace et facile à mettre en œuvre pour l'ajustement de la loi de traînée de Di Felice qui est plus efficace comparativement à celle proposée par Syamlal-O'Brien. La nouvelle méthode adoptée dans ce travail montre une amélioration quantitative par rapport au modèle de traînée ajusté de Syamlal-O'Brien. La prédiction de l'expansion de lit et de la perte de charge montre un excellent accord avec les résultats des expériences menées dans un lit fluidisé en plexiglass. Une analyse de sensibilité de la taille des mailles avec des mailles de taille variable variés montre qu'une taille de maille égale à 18 fois le diamètre des particules et l'utilisation de méthodes de discrétisation d'ordre supérieur donnent des résultats acceptables.