流化床球体堆积形成的圆柱壳

本文报道了对窄垂直圆柱管内球形颗粒流化床的数值研究结果，特别关注沿管壁的自发沉降。从稳态流化状态开始，由于流体-颗粒、颗粒-颗粒以及颗粒-壁面相互作用，颗粒发生波动。颗粒比流体更重，其直径 d 使得管径与粒径之比 D/d=4.3 和 4.7。在特定的流速和床层尺寸范围内，颗粒沉降在管壁上，同时床层高度和颗粒波动降低。沿管壁形成类似玻璃或类似晶体的壳层，这与先前的实验定性一致。通过改变多分散性和颗粒间摩擦来测试颗粒壳层形成的稳定性。通过将壳层展开到平面上并定位所有颗粒及其接触点来分析壳层结构，我们发现其呈现出六方晶格，且缺陷密度随多分散性增加而增大。多分散性阻碍了壳层的形成，并且存在一个多分散性临界点，超过该点类似晶体的壳层变得不稳定。在双分散床层的特定情况下，只有当颗粒间摩擦足够大时，类似晶体的壳层才会出现。最后，我们计算了支撑圆柱壳的颗粒间链和颗粒-壁面接触中的接触力，突出了颗粒间力的主导作用。