view in publisher's site

Continuum theory for dense gas-solid flow: A state-of-the-art review

Gas-solid fluidization technology has been commercialized in many industrial applications since its implementation in the fluid catalytic cracking process in the early 1940s, however, the understanding of the complex hydrodynamics of gas-solid flow inside fluidized beds is still far from satisfactory due to its dynamic and multiscale nature, especially, the critical role played by mesoscale structures. In recent decades, computational fluid dynamics (CFD) has become an important toolkit in understanding the physics of complex gas-solid flow and then for the scale-up, optimization and design of gas-solid fluidized bed reactors. This article presented a pedagogical and comprehensive review to the Navier-Stokes order continuum theory for CFD simulation of the hydrodynamics of gas-solid fluidization, without taking the effects of heat and mass transfer as well as chemical reactions into consideration. A concise introduction to the methods for multiscale CFD simulation of gas-solid fluidization was firstly provided, which include direct numerical simulation, (coarse-grained) discrete particle method, kinetic method, continuum method and mesoscale-structure-based multiscale method. The underlying postulates of homogeneous continuum theory that assume the structure inside each computational cell is (nearly) homogeneous were then examined, followed by an overview of the constitutive relationships available in literature, including the particle phase stress models, the interphase drag models and the models for particle-wall interactions. The importance of mesoscale structures that take the form of gas bubbles and/or particle clusters and streamers in the quantification of the hydrodynamics of gas-solid flows was then addressed, and the explicit resolution (or highly resolved) method and implicit modeling method for quantifying the effects of mesoscale structures in continuum modeling of gas-solid fluidization were highlighted. Coarse grid simulation of large scale fluidized beds with proper mesoscale, sub-grid scale or turbulent models for constitutive relationships were then reviewed, focusing on the filtered method, turbulence modelling and heterogeneity-based method where the energy-minimization multi-scale (EMMS) based method is a representative. Finally, the scope for the further research areas is described.

نظریه پیوسته برای جریان گاز - جامد متراکم: یک بررسی جدید

فن‌آوری سیال سازی گاز - جامد در بسیاری از کاربردهای صنعتی از زمان پیاده‌سازی آن در فرآیند شکست کاتالیستی سیال در اوایل دهه ۱۹۴۰ تجاری شده‌است، با این حال، درک هیدرودینامیک پیچیده جریان گاز - جامد در بس‌ترهای سیال به دلیل ماهیت پویا و چند مقیاسی آن، به ویژه نقش حیاتی ایفا شده توسط ساختارهای میان مقیاس، هنوز هم رضایت‌بخش نیست. در دهه‌های اخیر، دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)به یک ابزار مهم در درک فیزیک جریان پیچیده گاز - جامد و سپس برای افزایش مقیاس، بهینه‌سازی و طراحی راکتورهای بس‌تر سیال جامد - گاز تبدیل شده‌است. این مقاله مروری آموزشی و جامع بر نظریه پیوستار نظم ناویر - استوکس برای شبیه‌سازی CFD از هیدرودینامیک سیال سازی گاز - جامد بدون در نظر گرفتن اثرات انتقال حرارت و جرم و واکنش‌های شیمیایی ارائه کرده‌است. ابتدا مقدمه‌ای مختصر بر روش‌های شبیه‌سازی CFD چندمقیاسی سیال سازی گاز - جامد ارائه شد که شامل شبیه‌سازی عددی مستقیم، روش ذره گسسته (دانه‌درشت)، روش سینتیکی، روش پیوسته و روش چندمقیاسی مبتنی بر ساختار میان مقیاس می‌باشد. اصول اساسی نظریه پیوستار همگن که فرض می‌کند ساختار داخل هر سلول محاسباتی (تقریبا)همگن است، مورد بررسی قرار گرفت و به دنبال آن مروری بر روابط ساختاری موجود در مقالات، از جمله مدل‌های تنش فاز ذره، مدل‌های پسای بین فازی و مدل‌های تعامل دیواره - ذره، ارائه شد. سپس به اهمیت ساختارهای میان مقیاس که به شکل حباب گاز و / یا خوشه‌های ذرات و جریان آب در تعیین هیدوردینامیک جریان‌های گاز - جامد هستند، پرداخته شد و به روش وضوح (یا به شدت حل)و روش مدل‌سازی ضمنی برای کمی کردن اثرات ساختارهای میان مقیاس در مدل‌سازی پیوسته سیال سازی گاز - جامد، پرداخته شد. سپس شبیه‌سازی شبکه زبری بس‌ترهای سیال مقیاس بزرگ با مدل‌های متوسط مقیاس مناسب، مقیاس زیر شبکه یا آشفتگی برای روابط ساختاری مورد بررسی قرار گرفت و بر روش فیلتر شده، مدل‌سازی آشفتگی و روش مبتنی بر عدم تجانس که در آن روش مبتنی بر چند مقیاسی کمینه‌سازی انرژی (EMMS)نماینده است، تمرکز نمود. در نهایت، دامنه برای زمینه‌های تحقیقاتی بیشتر توصیف شده‌است.
ترجمه شده با


پر ارجاع‌ترین مقالات مرتبط:

  • مقاله General Chemical Engineering
  • ترجمه مقاله General Chemical Engineering
  • مقاله مهندسی شیمی عمومی
  • ترجمه مقاله مهندسی شیمی عمومی
  • مقاله General Chemistry
  • ترجمه مقاله General Chemistry
  • مقاله شیمی عمومی
  • ترجمه مقاله شیمی عمومی
  • مقاله Applied Mathematics
  • ترجمه مقاله Applied Mathematics
  • مقاله ریاضیات کاربردی
  • ترجمه مقاله ریاضیات کاربردی
  • مقاله Industrial and Manufacturing Engineering
  • ترجمه مقاله Industrial and Manufacturing Engineering
  • مقاله مهندسی صنایع و ساخت
  • ترجمه مقاله مهندسی صنایع و ساخت
سفارش ترجمه مقاله و کتاب - شروع کنید

95/12/18 - با استفاده از افزونه دانلود فایرفاکس و کروم٬ چکیده مقالات به صورت خودکار تشخیص داده شده و دکمه دانلود فری‌پیپر در صفحه چکیده نمایش داده می شود.