ЧИСЛЕННЫЙ АНАЛИЗ ГИДРОДИНАМИКИ ПСЕВДООЖИЖЕННОГО СЛОЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ OPENFOAM

Аннотация

Газо–твердые псевдоожиженные слои широко применяются в энергетике, химической промышленности и теплотехнике благодаря высоким характеристикам смешения, тепло- и массообмена. Тем не менее, точное прогнозирование гидродинамики таких систем остаётся сложной задачей из-за интенсивных, нелинейных и тесно связанных взаимодействий газовой и твёрдой фаз. Вычислительная гидродинамика (CFD) сегодня является ключевым инструментом для анализа псевдоожиженных систем, однако достоверность численного моделирования в значительной степени зависит от выбора численного решателя, моделей замыкания и применяемых методов постпроцессинга. В настоящей работе повторно рассмотрены высокоточные экспериментальные данные по падению давления и расширению слоя, представленные Taghipour и соавторами [1], и проведено их численное воспроизведение в последней версии OpenFOAM (v12). Используется двухфазный Эйлер–Эйлеровский подход, где напряжения твёрдой фазы описываются кинетической теорией гранулярного потока, а межфазный обмен импульсом — корреляцией сопротивления Gidaspow. Моделирование выполнено для двумерного прямоугольного псевдоожиженного слоя, аэрируемого воздухом и содержащего частицы типа Geldart B. В качестве основных критериев валидации приняты падение давления и коэффициент расширения слоя (BER). Кроме того, предложен новый метод оценки BER, основанный на законе сохранения массы, который позволяет учитывать данные всей вычислительной области. Результаты исследования направлены на оценку способности OpenFOAM v12 воспроизводить общепринятые эталонные характеристики гидродинамики псевдоожиженного слоя и на совершенствование методов постпроцессинга для более надёжного анализа таких систем.