周期方形棒 packing 床中压降的建模

理解复杂几何结构中多孔介质中流动对于改进packing床反应器的设计和运行至关重要。大多数现有研究聚焦于球形packing，导致不准确的不规则孔隙几何模型较为稀缺。本研究我们数值研究了由堆叠的方形棒组成并排列成圆盘形模块的packing床几何结构。通过旋转每个模块，可在基于棒尺寸的Reynolds数最高达200的情况下生成各种几何配置。使用开源求解器OpenFOAM进行仿真。选定案例(例如$\alpha = 30^\circ$, $\mathrm{Re}_\mathrm{p} = 100, 200$)与粒子图像光学法(PIV)测量结果进行比较。结果表明，基于相对旋转角度，实现的几何结构可分为类通道($\alpha \leq 10^\circ$)和类晶格($\alpha \geq 15^\circ$)两种类型，根本改变了摩擦系数。此外，在爬坡 regime中在$\alpha = 25^\circ$处获得的最大摩擦系数，而在惯性 regime中，则在$\alpha = 60^\circ$处。基于角度依赖湿润表面积的模块等效直径，将摩擦系数归并到Ergun相关性上，并对类晶格几何结构提供良好的渗透率预测。