Comparing two IBM implementations for the simulation of uniform packed beds (Open Access)
Christian Gorges, Maximilian Brömmer, Christin Velten, Siegmar Wirtz, Enric Illana Mahiques, Viktor Scherer, Katharina Zähringer, Berend van Wachem*
Keywords: Immersed boundary method; Packed bed reactor; Uniform particle packing
DOI: 10.1016/j.partic.2023.04.006
填充床反应器在化工、能源等领域的工业生产中有着广泛的应用，但目前为止，其设计仍主要依赖于大量的简化和经验公式，存在较大的不准确性，尤其是当设备内径与颗粒直径比值相对较小时，系统中存在的壁面效应会大大影响设计的可靠性。因此，数值模拟在反应器内的流动预测、工艺参数控制、过程优化以及反应器设计等方面发挥着越来越重要的作用。
对填充床中局部流动行为的掌握是系统过程优化的关键。但填充床中大多为不规则颗粒的不均匀填充，局部流动情况复杂，目前相关研究也鲜见报导。
浸入边界法（IBM）通过在控制方程中引入力源项来描述固体边界对流动的影响。与其它数值模拟方法相比，该方法更适合处理复杂边界和运动边界问题，因而受到越来越多的关注。根据力源的建模方式，IBM又可细分为连续力源法和离散力源法。作者分别采用连续力源法中的smooth forcing approach和离散力源法中的blocked-off method对球形颗粒填充床内不同颗粒雷诺数条件下的速度场进行模拟，并将其结果与PIV（Particle image velocimetry）测量值进行对比，进一步验证了两种方法对填充床反应器的适用性。研究结果发表在Particuology（Volume 86），作者来自德国波鸿鲁尔大学和马格德堡大学。
本文已OA，收录于专刊“1st International Workshop on Reactive Particle-Gas Systems—Special issue organized by the Collaborative Research Centre BULK-REACTION”。客座编辑为波鸿鲁尔大学的Viktor Scherer、Francesca Di Mare教授，以及马格德堡大学的Dominiquen Thévenin、Evangelos Tsotsas教授。欢迎感兴趣的读者扫描下方二维码或者点击文末“阅读原文”进入ScienceDirect官网阅读、下载！
文章信息
Gorges, C., Brömmer, M., Velten, C., Wirtz, S., Mahiques, E. I., Scherer, V., . . . van Wachem, B. (2024). Comparing two IBM implementations for the simulation of uniform packed beds. Particuology, 86, 1-12. https://doi.org/10.1016/j.partic.2023.04.006.