SCR系统流场优化数值模拟研究

为提高选择性催化还原脱硝系统(SCR)的烟气气流均匀性,进而提高SCR反应器的催化效率、减少催化剂的冲蚀和损耗、提高催化剂使用寿命和提高催化反应反应物的接触程度,针对SCR反应器的流场开展数值模拟以及导流板和整流板的结构优化,基于Realizable k-ε模型和多孔介质模型,通过对全尺寸SCR反应器模型的速度场的模拟,研究导流板结构、整流板数量对于SCR脱硝系统的流场组织和气流均匀性的影响。通过模拟SCR反应器内的颗粒分布,研究飞灰颗粒对流场的影响。通过计算整流板前截面的相对速度偏差和分析不同优化方案下的SCR反应器的速度场,评估导流板和整流板的导流效果,进而确定最佳方案。结果表明:在弧形、直弧形、弧形、直弧直4种导流板方案中,直弧直形导流效果最好,这是因为弧形导流板前的水平直板和竖直直板可以更好地引导气流流动;结合反应器采用斜顶设计的几何特点,基于流场调整导流板形状与速度梯度方向相同,可以显著优化烟气的气流组织,减少转弯处的能量耗散;催化剂层前的整流板可进一步引导气流流动,极大改善气流均匀性;但过多的整流板提高近壁面处的烟气气流阻力,加剧能量耗散和速度不均匀性,反而降低整流板的整流效果。本研究整流板数量15较为合适。经过对导流板和整流板结构及数量的调整,最终可将催化剂上层的速度偏差降至6.68%,符合工业要求。针对烟气颗粒场的分析表明,飞灰颗粒主要沉积在烟道右壁面和上升通道上壁面处;同时,对颗粒沉积处必要的飞灰处理可减少烟气飞灰对于催化剂的冲蚀作用。     

基于Ansys Fluent及正交试验的90°弯管冲蚀影响因素分析

管道系统在物料运输过程中,受固体颗粒的冲蚀,常导致管道弯头失效。应用Ansys Fluent软件进行90°弯管冲蚀模拟,得出入口流速、颗粒质量流量、颗粒粒径、管道直径、弯径比均会影响90°弯管冲蚀率。采用正交试验方法分析得到冲蚀影响因素主次顺序为:入口流速颗粒质量流量弯径比管道直径颗粒粒径;通过方差分析得出,入口流速、颗粒质量流量对弯管冲蚀率的影响高度显著,入口流速、颗粒质量流量、颗粒粒径间交互作用不显著。     

水泥厂SCR脱硝反应器入口段流场数值模拟研究

为了提高脱硝效率,必须保证SCR脱硝反应器入口段烟气流速均匀分布,使烟气和催化剂均匀接触,进而使催化效率提高。利用计算流体力学软件FLUENT对SCR脱硝反应器入口段进行数值模拟,在模拟研究空塔时烟道内流场的基础上,有针对性地设置导流板进行优化,摸索出最佳的导流板布置形式,分析烟气速度分布和氨质量分数分布情况,结果表明:导流板的加入使SCR脱硝反应器烟道流场有明显改善,烟气进入第一层催化剂前的速度相对标准偏差为8.2%,氨质量分数相对标准偏差为3.5%,均满足行业标准。     

水泥厂SCR脱硝反应器入口段流场数值模拟研究

为了提高脱硝效率,必须保证SCR脱硝反应器入口段烟气流速均匀分布,使烟气和催化剂均匀接触,进而使催化效率提高。本文利用流体力学计算软件Fluent对SCR脱硝反应器入口段进行了数值模拟,在模拟研究空塔时烟道内流场的基础上,有针对性地设置导流板进行优化,摸索出最佳的导流板布置形式,分析了烟气速度分布和氨质量分数分布情况。结果表明:导流板的加入使SCR脱硝反应器烟道流场有明显改善,烟气进入第一层催化剂前的速度相对标准偏差为8.2%,氨质量分数相对标准偏差为3.5%,均满足行业标准。     

T型管道的冲蚀磨损数值模拟分析

三通管道作为石化行业中常见部件。针对天然气三通管道冲蚀破坏问题,采用标准k-epsilon模型,SMPLE算法,对T型三通管道内部流场进行了仿真分析。数值模拟结果表明:T型三通冲蚀部位最易发生在迎流壁面偏向出口处区域;流体速度和砂粒的质量流量对T型三通管道的冲蚀速率有促进作用;管道壁面的最大冲蚀速率在砂粒质量流量大于0.009kg/s之后,增长幅度变大;最大冲蚀速率随着砂粒的圆球度数值的增大而减小,当颗粒中的圆球度在0.1至0.4之间变化时,最大冲蚀速率值减小的幅度相对较大,之后最大冲蚀速率呈缓慢减小的趋势。     

导流筒高度对气固环流反应器流动特性的影响

为了研究导流筒高度对环流反应器内流动特性的影响,基于欧拉-欧拉方法,采用基于多尺度结构的EMMS曳力模型,结合颗粒动力学理论,建立了环流反应器内气固两相流动模型,通过对比实验数据,确定了合适的模型参数。采用已建立的流动模型,对导流筒高度进行了优化研究,考察了导流筒高度变化对平均床层密度、质量流率和环流速率等参数的影响。结果表明,导流筒优化高度为1.4 m时,环流效果较好,其平均质量流率比原装置(HD为1.2 m)提高了36.17%。     

采气管线浮动式球阀迎流面的冲蚀进化特性

基于冲蚀实验和数值模拟,采用3D成像技术、动网格方法研究了典型开度30%时浮动式球阀迎流曲面的冲蚀进化,提出了能概括各因素随时间变化的冲蚀进化模型. 结果表明,冲蚀过程中严重磨损区域(迎流面中部B, E和H处)冲蚀速率呈降低趋势,用250 kg粉尘冲蚀后冲蚀速率为减薄前的0.9倍,用350 kg粉尘冲蚀后冲蚀速率为减薄前的0.825倍,用450 kg粉尘冲蚀后冲蚀速率为减薄前的0.755倍;在流速9~80 m/s,粉尘粒径35~500 ?m和体积浓度1.6?10–13~5.7?10–6的球阀阀芯迎流面冲蚀下,冲蚀进化模型计算值与实验值的误差小于20%;流速19~80 m/s、粉尘粒径150~230 ?m和体积浓度1.68×10–7~2.6×10–5且几何模型与球阀迎流曲面不相似时,可将预测值和实验值控制在同一数量级.     

大粒径磨料作用下高铝砖气固冲蚀磨损的"粒径效应"

以平均粒径分别为0.28 mm、0.40 mm、0.52 mm、0.80 mm的棕刚玉为磨料对I等高铝砖进行常温垂直气固冲蚀磨损试验,对磨料和靶材冲后表面进行扫描电镜显微结构分析,在宽粒径范围内研究磨料粒径对靶材耐磨性与冲蚀机制的影响.借助ANSYS/LS-NYNA软件建立多粒子冲蚀模型,分析不同磨料粒径下的冲蚀行为.结果表明:I等高铝砖出现"粒径效应",临界粒径0.40 mm;靶材最大等效应力随磨料粒径的增加而增加;平均粒径≥0.40 mm时磨料发生破碎,0.28 mm、0.40 mm、0.80 mm磨料冲蚀下靶材的主要冲蚀机制分别是基质和骨料微切削、基质和骨料断裂、缺陷处断裂.     

扭转流换热器结构参数对流场和温度场的影响

建立扭转流换热器和弓形折流板换热器两种周期性全截面模型,采用计算流体力学方法对两种换热器的传热系数、阻力、综合性能进行了数值研究。分析了扭转流换热器管束支撑物类梯形导流板结构参数对换热器传热和流阻性能的影响。结果表明：导流板倾角和相邻两组导流板间距对扭转流换热器传热性能的影响显著,导流板宽度的影响次之,每组导流板的数量的影响较小。扭转流换热器优化结构,压降较弓形折流板换热器降低42.5%~46.9%,综合性能提高7.2%~14.1%。研究结果为管壳式换热器结构优化和强化传热提供了新方案。     

基于CFD的3点放样弯管冲蚀模拟研究

弯头是管道冲蚀破坏中最脆弱的部分，直接决定管道的寿命。针对这一问题，提出一种3点放样弯管结构，并采用数值模拟技术对其抗冲蚀特性进行研究，详细分析了不同微米级颗粒粒径、流速、颗粒质量流量等对最大冲蚀率的影响。模拟结果表明：弯管冲蚀主要发生在弯管外侧。不同3点放样管均具有一定的抗冲蚀效果，且3点放样管最大直径越大，抗冲蚀效果越明显，这一规律不随流速、颗粒质量流量的变化而变化。虽3点放样弯管最大直径越大抗冲蚀效果越好，但能耗随弯管最大直径的增大线性增加，故需保证在能源消耗范围内尽量减少冲蚀。文中的研究结果为弯管的耐磨设计提供指导作用。     

扭转流换热器结构参数对流场和温度场的影响

建立扭转流换热器和弓形折流板换热器两种周期性全截面模型,采用计算流体力学方法对两种换热器的传热系数、阻力、综合性能进行了数值研究。分析了扭转流换热器管束支撑物类梯形导流板结构参数对换热器传热和流阻性能的影响。结果表明:导流板倾角和相邻两组导流板间距对扭转流换热器传热性能的影响显著,导流板宽度的影响次之,每组导流板的数量的影响较小。扭转流换热器优化结构,压降较弓形折流板换热器降低42.5%~46.9%,综合性能提高7.2%~14.1%。研究结果为管壳式换热器结构优化和强化传热提供了新方案。     

垃圾焚烧炉对流受热面烧结积灰生长特性

使用扫描电子显微镜、X射线荧光光谱仪、激光粒度分析仪等分析手段,对流化床垃圾焚烧炉对流受热面的松散性浮灰和烧结性积灰的微观结构和组成成分等进行研究。结果表明,省煤器浮灰中大部分颗粒保持着独立的形态,而对流管束浮灰存在烧结现象;绝大部分的浮灰粒径位于0～100μm;省煤器浮灰的灰熔点低于对流管束浮灰熔点80℃左右;对流管束浮灰和省煤器浮灰在成分组成上差别不大,浮灰中的主要元素均为Ca、Si、Al和S,但对流管束浮灰中Ca和S的含量高于省煤器浮灰。各层积灰中Ca和S的含量较高,主要物相为CaSO₄。对流管束积灰中Ca和S含量高于省煤器积灰;对流管束和省煤器积灰中Al和Si的含量远低于浮灰中的相应含量。从积灰内层到外层Ca和S的含量逐渐减少,而Al和Si的含量逐渐增加;积灰内层K、Na、Fe和Cl的含量高于其他层。     

沈阳工业大学科研成果介绍电催化氧化有机废水处理设备

为研究集输管道弯管应力集中区域的冲蚀现象,以30°弯管为例,先运用应力分析软件探求弯管应力集中区域;再运用CFD软件对应力集中处的冲蚀现象进行仿真模拟,通过改变入口流速、颗粒的粒径及质量流率,分析冲蚀速率的变动规律。结果表明:弯管应力主要集中在拐角处,且应力集中处的冲蚀区域呈“O”型分布;随入口流速、颗粒粒径及颗粒质量流率的增加,冲蚀速率均呈递增趋势,但不同粒径范围,其增加的速度并不相同,且颗粒质量流率的影响程度要略大于入流流速;弯管拐角外壁面同时承载压力、应力及冲蚀作用,而拐角内侧壁面压力及冲蚀均较低,因此拐角外壁面的破坏概率远大于内壁面,加强拐角外壁面的防护尤为重要。     

旋风分离器防磨减阻性能机理研究

为了提高旋风分离器的防磨减阻性能,运用计算流体动力学方法研究了常规和防磨减阻旋风分离器的防磨减阻机理。结果表明:常规旋风分离器容易发生严重的局部冲蚀,而防磨减阻旋风分离器冲蚀磨损区域较为均匀。在同一粒径下,防磨减阻旋风分离器的壁面冲蚀磨损远小于常规旋风分离器。两者的壁面冲蚀磨损速率随粒径增大而逐渐增大,当粒径大于15μm时,冲蚀磨损速率变化不大。两者的压降损失随着入口速度的增加而增大,当入口速度为15 m/s时,防磨减阻旋风分离器的压降为297 Pa远小于常规旋风分离器的821 Pa。防磨减阻板不会改变旋风分离器的流场特性,分离小粒径颗粒效率略小于常规旋风分离器,但粒径大于5μm时,防磨减阻旋风分离器具有很高的分离效率。     

不同质量流量颗粒对压缩机叶片的冲蚀影响

本文采用数值模拟的方法研究了压缩机内固体颗粒对叶片的冲蚀磨损过程。在Ansys软件Fluent中,采用Realizable k-epsilon湍流模型计算气流场。本文通过建立冲蚀模型,从颗粒质量流量对冲蚀结果进行分析。分析结果表明:采用欧拉—拉格朗日两相流模型和离散冲击模型对3种不同质量流量(0.01,0.03,0.05 kg/s)固体颗粒作用下,离心压缩机气固两相流及叶片固体颗粒冲蚀磨损情况进行模拟,结果表明:质量流量为0.01,0.03,0.05 kg/s的固体颗粒主要对叶片前缘顶部、腹部、叶片一侧造成磨损,而质量流量为0.05 kg/s的粒子对叶片的冲蚀磨损效果最为明显,这就说明质量流量越大,对叶片的冲蚀率越大。     

基于响应曲面法优化硫酸铵结晶

采用冷却结晶和筛分法研究了响应曲面法设计下pH值、Fe3+浓度、搅拌速率各因素不同水平对平均粒径和变异系数影响程度,构建了平均粒径2次回归模型和C·V·值2FI回归模型,深入探究了各影响因素之间交互作用,研究表明:各因素对平均粒径和C·V·值影响程度为母液pH>搅拌速率>Fe3+质量浓度;各因素之间交互作用对晶体平均粒...     

CO_2矿化体系中二水硫酸钙颗粒群溶解速率模型

利用工业固废磷石膏矿化烟气CO_2的反应中,二水硫酸钙颗粒的溶解是控速步骤,溶解速率模型是矿化反应器设计和优化的依据。基于种群平衡方程,建立多分散性二水硫酸钙颗粒溶解速率模型,并用特征线法获得模型方程的解。用激光粒度分析仪测量二水硫酸钙颗粒群粒径分布特征,在线电导率法测量其溶解数据,结合模型方程确定表面反应控制下溶解速率常数,实验值与模型值吻合。用种群平衡模型和平均粒径模型模拟矿化体系中颗粒溶解过程,分析平均粒径模型在多分散性颗粒溶解过程中产生误差的原因。     

缓冲板对煤气化闪蒸罐内冲蚀过程的影响研究

针对煤气化闪蒸罐易被黑水中煤粉颗粒冲蚀的问题,考察设置不同结构人字形缓冲板对入口区域流动和气-固冲蚀过程的影响,采用欧拉-拉格朗日方法耦合冲蚀模型进行数值模拟,得到不同结构条件下闪蒸罐和三通接管内的流场分布以及冲蚀样貌。结果表明:闪蒸罐入口区域三通接管的冲蚀速率最高且分布范围广,最大冲蚀速率比闪蒸罐内筒壁高两至三个数量级;设置人字形缓冲板可以有效降低含固气流对闪蒸罐内筒壁的冲蚀速率,且设置圆弧形不开孔人字板时外筒壁处的最大冲蚀速率最小,防冲蚀效果最佳,可以将闪蒸罐内筒壁处的最大冲蚀速率降低至初始结构的1/43,并且从冲蚀失效的角度来看,可以延长外筒壁的使用寿命。     

旋风-滤筒复合除尘器的数值模拟及优化

运用Fluent软件对旋风-滤筒复合除尘器进行了模拟分析,并通过运用开口型挡板和加装底部导流板的方式对它进行优化。模拟分析显示,挡板的长度对气流分布有较大影响;优化结果显示,开口型挡板能够有效降低气速,底部导流板能够有效提高气流分布均匀性。优化后的模型和原模型相比,平均气速降低42.0%,气流分布均匀性提高82.8%。     

磨料射流高压管线材料冲蚀实验研究

磨料射流破岩钻径向水平井技术是近年发展起来的开发低渗油藏、提高原油采收率和煤层气产量的新方法。利用该方法破岩钻进过程中,高压管线内壁受磨料颗粒冲蚀严重的问题大大限制了该技术的推广与应用。为此,本文利用自建的冲蚀实验设备对塑性试件在水-砂液固两相流动中的冲蚀问题开展了实验研究,对包括冲击角、颗粒粒径、冲击速度和固相浓度四因素对试件冲蚀速率的影响规律进行了分析,并采用共轭梯度结合通用全局优化算法对所得实验结果进行回归分析,得到了冲蚀速率同上述因素的影响规律方程。