CFD-DEM-FEM耦合模拟：埋管流化床传热特性与颗粒尺寸影响

该研究论文深入探讨了埋管流化床内不同粒径颗粒的传热行为，通过结合有限元方法（FEM）、非结构化网格的计算流体力学（CFD）与离散单元法（DEM），构建了一种CFD-DEM-FEM耦合模型。这种方法运用了k-ε湍流模型来模拟复杂的气固两相流动，以及考虑颗粒间和气固间相互作用的多向耦合传热模型，以精确模拟流动和传热过程。 在研究过程中，作者针对以往文献中采用双流体模型进行模拟的局限性——模型尺度宏观且简化程度较高，导致与实验数据存在较大偏差，该论文提供了更细致的分析。具体来说，他们发现传热系数在管道上部最高，其次是下部，而两侧较低，这与实验观察的椭圆形分布趋势相吻合，最小值约为最大值的70%-80%。这一结果表明，作者建立的模型在模拟埋管流化床内换热情况时具有较高的精度。 通过对比实验数据，研究者证实了CFD-DEM-FEM耦合方法在处理复杂气固流动和传热问题上的有效性和准确性。特别是对于粒径为0.5mm的流化床，模型成功捕捉到了固含率和传热系数的时空变化特性，这对于优化流化床设计和理解其内部传热机制具有重要意义。 论文的结论部分总结了研究的主要成果：首先，该方法是一种有效的工具，可以用来预测埋管流化床内的复杂流动和传热行为；其次，明确了管道周围传热系数的典型分布规律，这对控制和优化流化床的操作条件有指导意义；最后，强调了气固运动形式对管道换热效率的显著影响，不同的运动模式对传热性能有显著区别。 这项工作填补了之前研究在尺度和准确性上的空白，为埋管流化床的设计和操作提供了更为精细的理论支持，有助于提升能源转换过程中的热交换效率。