Texaco气化炉流场特性的模拟计算

采用CFD软件对Texaco气化炉进行建模,计算不同工况条件下的冷态流场特性,讨论了气体入口流速对流场影响的规律。模拟结果表明,Texaco气化炉燃烧室内存在射流区、管流区、回流区,回流区是影响气化炉内流场的主要因素,其面积随着入口速度增加而增大,而管流区面积随入口速度增加而减小;在径向流速分布图中,回流区气体流速具有明显拐点,管流区气体流速无明显拐点。     

用于煤浆槽防沉降射流搅拌系统CFD研究

采用计算流体力学(CFD)方法考察了射流搅拌替代煤浆槽现有机械搅拌的可行性,进行了不同初始流速及射流位置下槽体内流场特征的数值模拟,在此基础上探讨了不同射流条件对颗粒沉降的影响。模拟结果表明,在射流初始速度为5~15 m/s的条件下,底部射流易造成槽体左侧低速区,不利于颗粒悬浮,且随着流速的增加,这一状况未得到有效改善;侧向射流可有效防止煤粉颗粒在槽体底部沉积,且随着射流速度的增加,槽内颗粒分布均匀性得到改善,但同时会导致操作能耗增加。     

气固同轴射流流场特性PIV实验与CFD模拟

以粒子图像流场测量(PIV)与计算流体力学(CFD)数值模拟相结合的方法,对气相和气固两相同轴射流流场特性进行了研究,探究了射流速度比、喷嘴直径、射流空间直径和射流出口直径对回流量和回流区域的影响规律。结果表明:射流区和壁面之间存在沿轴向延伸至整个射流长度的回流区域,中等Stokes数颗粒会随回流气体改变运动轨迹,聚集在低涡量高应变的回流涡点;射流速度比、喷嘴直径和射流空间直径对回流量影响显著,实验工况下的最大回流量是射流量的10.29倍;当射流充分发展后,射流出口直径对回流量没有影响。通过气固两相同轴射流流场特性的研究,为进一步阐明气固耦合的颗粒弥散机理提供了理论指导。     

周向多入口凹壁面切向射流流动特性分析

为了探究三维凹壁面切向射流周向入口数量对流场的影响,选取Realizable k-ε模型,并使用非平衡壁面函数处理近壁面湍流流动,数值模拟了周向多入口流场的流动特性。流场研究表明,随着入口数量增加,前入口对后入口流动参数的叠加先增强后降低,在入口后周向角度30°~40°,射流区域叠加最强,射流外侧靠近入口处的影响最大。多股射流流场叠加使立式圆筒体内部的流动更加均匀,涡旋结构稳定在轴线附近。周向多入口凹壁面射流相较于单入口在切向速度、湍流动能、静压力最大值等参数上均产生叠加作用,其中三入口与单入口更接近,叠加作用最小。对总流量相同的不同入口结构设备内旋流流动研究表明,离心分离因数、湍流动能和静压力与入口速度相关性较大,叠加特性对旋流流动的增强作用不明显。可通过提高多入口射流速度提高离心分离因数及物料的处理量。     

多射流锥形对撞流气流床流场特性实验及模拟研究

为了考察多射流锥形对撞煤加氢气流床内的冷态流场情况,以3 t/d的热态煤加氢气化炉为依据建立了气流床冷模装置。使用三维动态颗粒分析仪(3D-PDA)对气流床内的速度场进行了测量,同时使用Fluent软件,采用κ-ε模型对气流床内的流动情况进行了模拟研究,模拟结果与实验结果能较好地吻合。结果显示:多射流锥形对撞气流床内的流体流动分为对撞区、射流区、回流区和管流区,在考察范围内,随着进气速度的增加,回流区的体积占比先增大后减小;随中心喷嘴携带气速度的增加,射流区速度增大,且较进气速度的影响更为敏感;适当增加进气角度,则会降低射流区速度,增大回流区体积。     

偏心空气射流双层桨搅拌反应器流场结构的分形特征

搅拌槽内流场分为混沌混合区和隔离区。为提高搅拌槽内流体的混合效率、降低搅拌过程的能耗,调控流场结构特征是重要的途径。结合图像处理软件,实验研究了偏心空气射流双层桨搅拌槽内空气-水体系的流场结构分形维数的变化规律。实验结果表明,流场结构分形维数受搅拌转速和空气流速的共同作用;偏心空气射流能改变流场结构分形维数,使流体混沌混合特性增强;机械搅拌转速增大,能改变射流场的拟序结构,提高气液混合效率。     

煤气化装置中黑水角阀内部流场优化研究

为解决煤气化装置中黑水角阀阀体损坏严重的问题,建立3种具有不同流动曲面的黑水角阀几何模型,采用CFD软件Fluent中k-ε模型,对黑水角阀内部流场进行了仿真计算和分析。结果表明,通过改变阀体入口和出口的曲率半径,在黑水角阀内部流场的不同位置产生涡流,可改变流体的流动方向,从而影响闪蒸和气蚀的发生位置,避免在阀体处发生气蚀,减轻对阀体的损坏。     

含聚结构件油水分离器性能研究

由沉降和聚结机理可知选取适当的聚结构件可增加油水乳状液的粒径,加快沉降速度,从而提高分离器性能.今设计了一种含聚结构件的分离器,在长为1800 mm,内径为384 mm的重力式分离器内安装入口构件和聚结板,通过测量不同流速和工况条件下四种聚结板对油水乳状液的粒径质量分离效率,研究分离器性能.结果表明,倒T型入口构件可有效减少分离器流场中的回流和二次涡流,还引入了重力消能和水洗作用.聚结板可显著提高油水分离效率,在流量较大的时候,聚结板分离效果下降,出现对粒径选择性的单一分离作用.聚结板的结构和材质对液滴的聚结沉降影响很大,应根据工况和处理条件进行合理选择.     

气流床煤气化辐射废锅内多相流动与传热

采用多相流动与传热模型耦合的数值方法,对气流床煤气化辐射废锅内多相流场与传热过程进行了数值模拟。在Euler坐标系中采用组分输运模型计算气体组分扩散过程,并通过realizable k-ε湍流模型计算炉内流场,煤渣颗粒运动轨迹在Lagrange坐标系中计算,并考虑了气固相间双向耦合。利用灰气体加权和模型与离散坐标法相结合,计算了炉内辐射传热过程,并考虑了煤渣颗粒的热辐射特性。结果表明：炉体入口存在张角约为10°的中心射流区,其流速和温度均较高,且周围存在明显回流区,回流区内部分颗粒富集;大部分颗粒直接落入渣池,且粒径越大落入渣池时温度越高;炉内温度分布除中心射流区,整体分布均匀,且随壁面灰渣厚度的增加而升高;计算结果与实验测量结果及文献值基本一致。     

平底沉降槽内固液分离与赤泥沉降的数值模拟

采用计算流体力学软件Fluent、简化的三维Eulerian两相流和Realizable k-e湍流模型,并结合SIMPLE算法对直径40 m的氧化铝赤泥沉降槽内的固液分离过程进行数值模拟,以得到槽内流场形态和赤泥浓度的分布规律. 通过对比计算结果和现场测试数据,并结合自定义分析评价指标,分析了有无溢流围堰和中心下料桶的不同进料方式下沉降槽的固液分离和赤泥沉降的流动规律. 结果表明,去掉沉降槽的溢流围堰后浆液的固相浓度降低84.3%;采用自吸式射流进料管,60~64 g/L固相浓度范围内的浆液在中心桶内所占体积由3.70%提高到14.36%,可有效促进中心桶内赤泥浓度分布的均匀性,提高平底沉降槽内赤泥的沉降分离效率.     

挡板的相对曲率对分离器入口局域流场流体力学性能的影响

以立式圆筒体非均相分离器入口处的冲击挡板为研究对象,探究挡板的结构参数——相对曲率K对入口局域流体力学性能的影响。以水为介质,在K=-0.15~0.25范围内,利用计算流体力学三维湍流数值模拟,研究了凹柱面K0、平面K=0和凸柱面K0共3个类型的9种挡板结构入口局域流场的压力和阻力特性,分析了挡板结构对分离器入口受限空间冲击射流的影响机理。结果表明,随着相对曲率的降低,挡板所受冲击力下降,入口局域阻力下降。相对平挡板,K=-0.1的凸柱面挡板局域阻力相对降低2.8%,K=0.1的凹柱面挡板相对提高2.0%。在受限空间内,挡板相对曲率改变了射流冲击间距,影响了入口局域流场结构和静压力分布。凹柱面挡板有效地加长了冲击间距,限制了射流在冲击区轴向和径向扩展。而凸柱面挡板则缩短了冲击间距,有利于射流的扩展。射流冲击区对壁面射流区切向速度分布及挡板出口速度分布起到了决定性作用。     

太阳能热水器内部流动性能正交模拟

研究全玻璃真空管式太阳能热水装置内部的流动性能,分别针对有无反光板和具有不同长径比、倾斜角度以及集热管插管深的直流全玻璃真空管式太阳能热水器进行仿真模拟,以不同进口温度、质量流量以及输入热流模拟热水器的各种试验工况。采用正交试验效应计算方法,定量分析对集热管内循环流速、停滞区比值、漩涡数等流场指标起主要影响作用的因素。结果表明:对集热管内循环流速影响最大的是集热管下表面热流(约占绝对效应总和的26%)以及水箱入口温度(24%)。对集热管内停滞区比值影响最大的是集热管下表面热流,占25%,其次为集热管偏离垂直方向的角度,占15%。水箱入口初温和集热管长径比是对集热管内漩涡数影响最大的2个因素,分别占绝对总效应的36%和29%。因此等权重衡量各因素对集热器3个流场指标的影响差异,未来热水器结构改进的方向渐次为:增加反光板,减小长径比,降低入口温度,增加入口质量流速,增大倾斜角度,增加选择性吸收涂层吸收比,进而增加上表面热流,最后减小集热管插入深度。     

电镀制备金刚石线锯时扫砂管喷砂口流速的仿真分析与实验研究

针对电镀金刚石线锯的过程中采用一端进液扫砂管时上砂槽内沉砂、上砂不均等现象,设计了中间进液扫砂管,并在1.40 m/s和1.80 m/s的入口流速下对两种扫砂管进行了流场仿真分析及实验研究。结果表明,两种结构扫砂管的仿真分析与实验结果都比较吻合。在研究的入口流速下,一端进液扫砂管上距离入水口最远的喷砂口的流速最大,随着喷砂口与入口距离的减小,流速逐渐减小;中间进液扫砂管左右两端喷砂口的流速最大,入水口两侧的流速大致对称分布。中间进液扫砂管在上砂槽内的搅拌效果优于一端进液扫砂管。     

PIV用于板坯连铸结晶器流场的实验研究

将粒子图像测速技术应用于板坯连铸结晶器内流场研究.结合1550mm×160 mm板坯结晶器内腔尺寸,采用1:0.5水模型进行实验,研究了拉速、浸入深度、水口倾角等参数对结晶器流场的影响.结果表明,结晶器液面波动、流股对结晶器窄面的冲击及同流区涡心位置与以上3种参数直接相关.随着拉速增加,结晶器内的流速随之增大,液面波动明显,上下部回流区延伸范围增加,涡心位置下移:采用较大的水口浸入深度和水口倾角,射流在结晶器窄面的冲击位置下移,可以有效稳定液面,避免卷渣.     

轴流桨搅拌槽内完全湍流的研究

为研究轴流桨搅拌槽内完全湍流状况,采用相位多普勒粒子分析仪(PDPA)对MK和ZHX搅拌器进行流场测试,得到不同工况下的时均速度场分布.应用渐近不变性方法,选取适当的特征尺度,给出挡板处壁面射流的轴向速度相似剖面,确定用于评定槽内完全湍流界限的轴向速度分布曲线,建立了搅拌雷诺数与搅拌槽内完全湍流流动达到的高度之间的线性关系.结果表明,非全槽完全湍流状态下,槽上部会出现过渡流区;随雷诺数的增大,搅拌槽内完全湍流流动达到的高度增大;不同型式搅拌器的完全湍流流场所需的雷诺数不同,单层桨搅拌槽内达到全槽完全湍流需要很大的搅拌功率.     

二次氧量对分级气化炉气化特性的影响

分级给氧气流床气化炉具有碳转化率高、炉内混合过程强烈、喷嘴附近温度较低等优点。本文采用CFD数值模拟的方法研究了二次氧量变化对气化炉运行特性的影响,分析比较了不同二次给氧量下相交射流火焰特性的变化,及相交射流对煤气化炉炉内整体混合过程、煤气化特性的影响。发现当二次给氧量下降时,受炉内回流流场的影响,二次火焰明显随回流发生偏斜,壁面温度升高。当二次给氧量小于总给氧量的8%时,其射流动量不足以影响主射流产生的宏观流场。     

无伴流约束射流中的环流现象和湍流特性

通过流场显示及激光多普勒测速仪测定湍流特性等实验方法考察了管内的无伴流约束射流。结果表明，在管内作无伴流射流时，环流区的起始点显著提前，环流区的终点位置基本不受射流流量的影响，但终点位置随射流入口直径变小而向下游移动，环流区中心轴上的湍流强度大幅度增强。     

喷嘴流速对电泳槽内流场分布的影响

[目的]车架电泳时会受到槽内搅拌的影响,确定合适的喷嘴流速至关重要。[方法]对阴极电泳漆槽内不同喷嘴流速产生的流场分布情况进行仿真分析。[结果]喷嘴流速越大,槽体底部的自由环流区越多。槽体中间位置截面的强制环流区越接近上液面,越有可能造成更多的气泡进入槽液,需要着重管控车架此部位的漆面品质。对于会形成较多自由环流区且速度分布不稳定的工况,在实际生产中应予以避免。[结论]仿真技术可为车架涂装工况的调整和优化提供重要依据,缩减试验成本与时间。     

轴流桨搅拌槽内轴向流动速度的研究

为研究轴流桨搅拌槽内轴向速度的分布,在直径为300 mm的平底圆筒搅拌槽内,采用相位多普勒粒子分析仪(PDPA)对轴流式搅拌器主流区的流场进行测量。在不同转速和离底间隙条件下,对挡板前轴向时均速度在径向和轴向的分布进行分析和研究,采用壁面射流理论,建立搅拌槽内壁面射流流动模型,揭示轴向流动特性。结果表明:轴向速度沿径向的分布具有相似性;轴向最大速度沿轴向衰减;轴向流边界沿轴向线性扩展。研究结果有助于进一步了解搅拌槽内部流动特性,为固-液悬浮操作、过程放大和搅拌设备的优化设计提供理论依据。     

流体参数与隔板结构对太阳能蓄热水箱性能的综合影响

为了探寻综合性能最优的蓄热水箱结构，以半球形顶圆柱体水箱为研究对象，通过改变内置水平隔板上开孔的面积、数量及位置，得到13种不同的隔板结构，数值分析了不同冷水入口流速对水箱内温度场和流场的影响特征。结果表明：水箱内置隔板上的不同开孔方式对冷热水混合过程的抑制效果存在差异，本文开孔方式2对用户侧用水量变化的适应性较强。隔板开孔面积不变，增大冷水入口流速或增加开孔数量均能有效提高水箱蓄热量；冷水入口流速不变，在较小的总开孔面积条件下减小各小孔定位圆直径可有效提高水箱蓄热量，6^#水箱蓄热量最大。过高、过低的冷水入口流速均不利于形成良好的温度分层，11^#水箱的温度分层效果最佳。