颗粒系统耦合分析软件 - Barracuda
Barracuda工程软件包是专门模拟流体-颗粒流动及化学反应的商用软件包，它致力于工业尺度的流化装置模拟。众多政府研究机构和世界财富500强企业选用它来做工厂设计和工艺过程优化。就像真正的梭鱼，Barracuda软件计算快速而功能强大。它是如此的独特，以至于无法找到第二个类似的工程软件!Barracuda在模拟复杂流体/颗粒/热/化学反应现象方面功能强大；它的计算速度快，能够在设计期限内得到一个有意义的准定常特性，允许你迅速地在不同设计之间做出权衡。 Barracuda在流化模拟方面的三大优势 我们的软件与化工、石化、能源、冶金等工业领域对流化模拟的需求完全匹配，因为我们的软件具有以下三大优势，确立了它在化工、石化、能源、冶金工业领域流化装置模拟中的领导地位。 1）准确模拟颗粒流动的基本机理 在最基本的层面，Barracuda可以正确地获得颗粒流动的机理。使用固定网格的欧拉方法模拟气相和液相，这与传统CFD方法一样；而将颗粒状固体用拉格朗日（无网格）方法模拟为大量离散体。Barracuda甚至可以捕获由颗粒尺度分布（PSD）引起的所有重要机理。 用户也可以指定任意的颗粒尺度分布，定义不限数量的组分，如煤和沙子。其它机理包括完全耦合的流体-颗粒曳力、真实的壁面冲击和反射、涉及颗粒固体的化学反应、由于气化而导致颗粒尺度缩小。 2）经历流化实验数据的验证 为了验证我们软件的精确性和准确性、捕获大型实验系统里的复杂流化特性，Barracuda是颗粒固体研究公司（PSRI）的完全会员，可以分享PSRI的实验数据。PSRI也是Barracuda的用户，它使用Barracuda设计实验。我们利用公开文献数据作了大量验证性研究，我们的软件也经历了用户专有数据的验证，我们确信Barracuda是最好的流化模拟工具。
为了帮助工厂做出准确、高效的设计和工艺过程优化决策，对流化装置的模拟必须具备以下四个条件： (1)完全三维模拟 (2)所模拟颗粒的尺度范围宽、数量大。颗粒的最小尺度可达0.2 微米，最大尺度则取决于流体网格的大小。一般情况下，Barracuda模拟颗粒的尺度范围在1微米～5毫米之间，模拟的颗粒数量可达到1016， 颗粒的总质量可达数百吨 (3)计算速度必须满足设计反复迭代的需要，可以很快获得有意义的准稳态特性；一般情况下，对于实验室尺度的问题，计算可在数分钟至数小时内完成，对于工业尺度的大规模问题，一般计算时间为数小时至数天 (4)必须包含参数化和快速权衡不同设计的能力。确保可以得到最优化的设计。 Barracuda可以同时满足上述四个条件，这得益于我们专有的数值技术——CPFD（计算颗粒流体力学）。CPFD数值方法已经由公司的创始人之一——Dale 博士在计算物理杂志（Journal of Computational Physics）和其它行业认可的期刊上发表。
化学工业领域应用 化学工业是属于知识和资金密集型的行业。化工生产具有生产技术复杂、原材料综合利用、生产过程要求严格的比例性和连续性、高耗能等特点。流化装置是在化工生产过程中使用最广泛的关键装备。 大量的工程应用案例表明Barracuda 可以帮助我们理解这些装置中的复杂三维瞬态流化现象，包括在大型深床反应器（直径大于10米）的催化化学反应。反应器类型包括：丙烯晴、二氧化钛、聚乙烯。 反应器部件 → 分析得到的结果 喷淋器或提升管 → 喷射渗透/冲蚀/位置/数量/几何 旋流器 → 效率/压力平衡/溢流/可靠性 供给管/阀/回收 → 位置、冲蚀、数量 输运管 → 尺寸/定位/冲蚀 反应现象 流化品质：从鼓泡到湍流 在床内的气体旁路或流动 颗粒消融/结块 气体/固体接触效率 床平均密度,DP/L 尺寸分离/材料分离 洗选速率/PSD 稀相空间密度/TDH 床循环速率 化学反应 流体/固体/螺旋管的热性能 石化工业领域应用 石油化工是指化学工业中以石油或天然气为原料生产化学品的领域，最重要的石化生产工艺之一就是流态化的催化和裂解。与循环流化床相关的两个核心部件——反应器和再生器都涉及到这一工艺。 反应器 → 分析结果 油喷射注射 → 位置/定位/数量 提升管 → 蒸汽和催化剂驻留时间/壁面逆混/焦化 脱离区域 → 驻留时间分布( RTD)/旋流器/剥离器/输运管 提升现象 液滴喷射和催化剂涂层 中心环向流动 壁面逆流冲洗 驻留时间分布(RTD) 颗粒尺度效应 再生器→分析结果 失效硬耐火土返回管 → 终结器 空气喷头 → 流化品质/位置/尺度 旋流器 → 效率/可靠性/冲蚀/侵入管溢流 流化床→ 气体/固体接触效率/粉末效率 再生器现象 在床内气体绕流现象 床平均密度，DP/L 洗选速率/PSD TDH/稀相密度 催化循环速率、驻留时间 回收井空气注入
化学反应， NOx排放 能源电力领域应用 循环流化床燃烧器具有NOx排放低、燃料选择灵活的优点，并且利用石灰石可以捕获其中98%的硫，这得益它对炉内流化床的利用。许多客户成功地应用Barracuda帮助理解复杂的炉子特性，如燃料-空气驻留时间、固体循环、床夹带速率及局部冲蚀。同样也可以优化循环流化床装置的大型旋流器，减轻回路密封的倒置特性。 煤和其它生物燃料气化所产生的合成气体CO和H2可以用作燃料或者化工厂的原料，美国国防部国家能源技术实验室应用Barracuda研究气化炉的复杂气-固流动现象，他们还用Barracuda模拟焦炭静床高度超过30m的大型深床气化炉。TRI公司将Barracuda用于生物热-化学转换设计，采用沙子作为传热媒介。 Barracuda化学反应产物的生成与固体颗粒消耗精确吻合，化学反应将引起颗粒尺度自动缩小，颗粒尺度减少会影响流化和洗选速率。 工厂部件 → 分析结果 炉子几何 → 优化燃料/空气混合 旋流器 → 效率和可靠性 回路密封 → 通风/堵漏/清洗 供给管/阀 → 置、冲蚀、数量 燃烧器启动 → 全回路性能
设备现象 流化床膨胀/密度 流化床挟带率 尺度分离或材料分离 燃烧 气体和固体的热性能 稳定性 启动等瞬态特性 冶金工业领域应用 许多有价值的矿石必须在初采后进一步加工。这包括：二氧化钛在油漆中被用作白色素，或提取战略资源金属——钛；超纯度的多晶硅被用来制作光电, 板和半导体；二氧化锆用于核燃料棒的覆层。几乎所有的矿石处理都涉及到各种气-固和液-固流动过程。以下是与矿石处理有关的流体-颗粒耦合模拟的例子, Barracuda已经成功应用于这些领域。
四氯化钛氯化器 目前在大规模电子产品生产已经使用新的流化床反应器技术。从前，高纯度硅(99.999%)只能一炉一炉地慢慢生产。新的两级反应器技术使我们能够低成本的连续生产。Barracuda已经成功地应用于这两种反应器：三氯硅烷(SiHCl3)反应器和沉积反应器。在沉积反应器中，气相反应生成固体硅，Barracuda的化学反应模型引起流化床里的硅颗粒长大。Barracuda可以捕获气-固流化的所有重要机理，如侧喷混合、量化反应区域、硅颗粒的成长速率、预测固体硅颗粒的运动。 其它矿石处理技术
Barracuda 可以用来帮助设计与矿石处理有关的设备和工艺过程。典型的应用包括：焙烧、干燥、煅烧、氧化铁减量、重力分离，以及各种供给和输运管。 编辑：liww |
