基于CFD-DEM耦合方法的流化床干燥颗粒尺度传热传质数值模型研究

《Scientific Reports》：CFD-DEM modeling and experimental validation of fluidized bed drying using Reaction Engineering Approach

　　流化床干燥是一种有效的颗粒材料干燥技术，广泛应用于农产品的产后加工以及工业应用中。本研究基于耦合计算流体力学（CFD）与离散单元法（DEM）的方法开发了数值干燥模型，用以描述气固系统中的传热与传质过程。水分蒸发采用反应工程方法（REA）进行建模。文中详细介绍了该模型，并将其与文献中报道的_γ-氧化铝颗粒实验数据进行了严格的对比验证。该框架未依赖简化的连续介质近似，而是对包含数千个独立颗粒的完全解析系统实现了直接的颗粒尺度分辨率。结果表明，预测的干燥速率曲线与实验数据吻合良好。此外，通过气体相的温度与湿度场分析，探讨了流化床中传热与传质的内在机理。通过颗粒空间水分分布系统评估了干燥产品质量。同时，建立了多分散（多粒径）颗粒系统模型，以研究非均匀系统中颗粒间的物理参数分布。结果表明，该颗粒尺度模型在工业流化床干燥的优化、设计及过程控制中具有广阔的应用前景。