液－固流化床的流体流动和颗粒循环模型

基于对流动特性的观察，从二相流理论出发，提出了流体流动和颗粒循环模型，在φ１０４ｍｍ×１５００ｍｍ的流化床内，以水为流化介质，通过微机连续测定示踪剂浓度，得到不同颗粒体系，不同液体速度下床层内液体的平均停留时间分布和颗粒循环的平均速度，确定了模型参数，并给出了关联式，从而得到床层内径向流体速度分布和颗粒循环运动速度分布以及流体运动与颗粒运动之间的相互影响的关系式。将拟合结果与实验值比较，证实了模型的可行性及其新颖性，该模型较好地反映了液－固流化床内液体运动和颗粒运动的实际情况。     

双进气道旋风分离器内不同粒径颗粒流动特性

采用改进的RNG k-ε湍流模型和欧拉多相流模型,对一种单入口双进气道旋风分离器内的气固多相紊流过程进行数值模拟。计算得到旋风分离器内不同粒径颗粒速度和浓度分布规律,结果表明:大粒径颗粒比小粒径颗粒轴向速度分布更平坦,切向速度峰值位置和外准自由涡区也越向壁面靠近;与普通单入口旋风分离器相比,相同处理量时,此种旋风分离器内速度和不同粒径颗粒浓度分布轴对称性更好,大粒径颗粒切向速度峰值位置外移更明显,筒体段颗粒有更向壁面浓集的趋势,锥体段不同轴向位置处中心旋流区双进气道的颗粒浓度低于单进气道的。小粒径颗粒捕集能力增强,有助于提高分离器分离效率,减少不稳定流动导致结焦的颗粒源供给,从流动角度保证了抗结焦和长周期稳定操作。     

井矿盐卤水中硫酸钙颗粒沉降过程研究

测定了硫酸钙颗粒在不同颗粒浓度和卤水浓度中沉降高度与时间的关系,测量的实际值与理论值做了对比,并分析了硫酸钙颗粒浓度和卤水浓度对硫酸钙颗粒沉降速率的影响。结果表明:沉降速率随硫酸钙颗粒浓度和卤水浓度的增加而减小;实验中的实际值远远小于理论值;硫酸钙颗粒浓度从5%(体积分数,下同)增至20%时,介质浓度高的沉降速率下降快;卤水浓度升高时,颗粒浓度高的沉降速率下降快。在纯水中,硫酸钙颗粒浓度为5%时,硫酸钙的沉降速率为19.1 mm/min。在卤水质量浓度为360 g/L、硫酸钙颗粒浓度为20%时,硫酸钙颗粒的沉降速度仅为0.33 mm/min。     

浅析填砂作业中的沉砂等待时间

本文以固体颗粒在静止液体中的沉降动力理论为基础,根据阻力系数和雷诺数的关系曲线,给出了不同沉降条件下的沉降速度公式,利用该组公式可以计算出不同条件下的沉砂等待时间,并用实际施工数据进行了验证,证明该公式对实际施工具备一定的参考价值。     

易沉降悬浮液流变性测定时循环速度的理论分析

在采用流体循环方式解决固液悬浮体系流变性测定面临的颗粒沉降问题时,循环速度的选择应保证体系中所有颗粒参与循环,并且在测量空间内使颗粒浓度分布均匀。从颗粒质量平衡方程出发,在理论上分析了流动平衡时流体循环路径上不同区域（包括测量空间、外部循环管路的水平与竖直部分）内,为实现颗粒浓度在各区域内均匀悬浮所要求的循环速度。分析表明,只要流体循环速度大于最大颗粒的自由沉降速度,即可满足测量空间内浓度的均匀分布。但不同区域的颗粒浓度有所不同,而测量空间内的颗粒浓度与循环部分的固体浓度之间存在简单的换算关系。     

反应结晶过程中晶粒沉降速度模型研究

反应结晶过程是盐化工生产的一个重要环节。以硫酸钾的生产为例，从流体力学角度，通过建立沉降速度模型，研究晶体颗粒在液体中的沉降速度和阻力系数，探讨反应结晶过程中晶粒的沉降性能与终端沉降速度。研究结果表明：硫酸钾颗粒沉降速度与直径成正比。所建模型能较好地反映实际条件下的情况，为该工序的工艺设计与正常运行提供理论依据和技术支撑。     

煤粉电晕荷电特性的单因素实验研究与分析

自行设计煤粉荷电与荷电量测量实验装置,采用线-筒型电极结构及直流正电晕方式荷电,荷电量的测量采用法拉第筒法.实验煤种选取无烟煤和高硫烟煤.通过对荷电电压(15 kV～27 kV)、粒径(63 μm～237 μm)、流速(0.80 m/s～3.21 m/s)、给粉浓度(2.23 kg/m3～22.53 kg/m3)和煤种等主要影响因素与颗粒荷质比之间关系的实验研究,得到煤粉电晕荷电的规律性,为进一步深入探究煤粉荷电本质提供了有价值的参考依据.     

煤粉电晕荷电特性的多因素实验研究

利用高压非均匀电场的作用研究流动煤粉正电晕荷电特性,为能够迅速找到影响煤粉荷质比各因素的最优工艺条件,在前期单因素实验的基础上,确定了荷电电压、粒径和给粉浓度等主要影响因素.采用正交实验法获得荷电电压、粒径和给粉浓度等主要影响因素的最佳工艺条件,并对结果进行方差分析.根据分析结果,对重要因素进行最小二乘回归,得到煤粉荷质比的实验回归公式.     

液固环流反应器反应-再生系统结构对液固流动的影响与窜液分析

液固环流反应器以导流筒作为反应室,环隙作为再生室,从而将反应一再生系统集成于一个反应器之中,颗粒分别依靠射流卷吸力和自身重力围绕着导流筒壁上下循环。今采用互相关技术在不同的分布板环管内径、导流筒高度和直径、喷嘴内径条件下,测量了反应器内颗粒速度和浓度分布。实验结果表明,上述结构尺寸分别减小,导流筒内的颗粒速度和浓度均有所提高。但是,环隙中的颗粒流动规律并不完全与导流筒内的一致。最后,探讨了窜液量对反应再生效果的影响,推导出其理论控制模型,并进行了模拟计算。     

600MW超临界对冲锅炉分级燃烧特性

为研究超临界燃煤锅炉的燃烧特性,针对600 MW对冲旋流燃烧锅炉,利用CFD(computational fluid dynamics)数值仿真软件研究了分级燃烧超临界锅炉内速度分布、颗粒轨迹分布、温度分布、组分分布特性及NO_x释放规律。采用标准k-ε模型和拉格朗日随机轨道模型模拟气相湍流流动和气固两相流动;对于固体燃料,借助离散相模型,同时采用非预混燃烧模型模拟煤粉在炉内的燃烧过程;对流项采用二阶迎风格式获得更加精确的物理解;考虑到锅炉炉膛温度高、辐射换热量大,采用P1辐射模型计算气-气和气-固之间的辐射换热量;对锅炉壁面附近区域的流动传热计算采用标准壁面函数法,节省内存和计算时间。结果表明:分级对冲燃烧锅炉截面速度呈对称分布,气流充满度好,燃烧稳定;旋流燃烧的方式使炉内出现回流区,加强了炉内气流与煤粉颗粒之间的扰动,强化了传热传质,同时延长了煤粉颗粒在炉内的停留时间;煤粉颗粒的直径影响着煤粉在炉内的燃烧过程,粒径越小,煤粉颗粒在炉内的停留时间越短,影响燃料的燃烧燃尽和锅炉效率,但粒径过大,煤粉颗粒在自身重力作用下落入冷灰斗,影响锅炉的正常安全运行,因此,合适的粒径对炉内燃烧过程十分重要;沿炉膛高度方向,炉内烟气平均温度先上升后下降,在燃尽区补充燃尽风使温度小幅降低,到达炉膛出口截面烟气平均温度约为1 100 K;炉内各组分分布规律为:X=11. 093 5 m截面,沿炉膛高度方向,O_2体积分数先上升后下降,CO_2体积分数逐渐升高,CO体积分数先上升后下降;分级燃烧使炉内NO_x生成量整体下降,炉膛出口NO_x浓度约为385. 14 mg/m~3。     

循环流化床脱硫器气固两相流动的数值模拟

以双流体模型为基础,结合颗粒动力学理论,对下部装有文丘里气体分布器的新型循环流化床脱硫反应器内气固两相流动特性进行了数值模拟.为全面描述气固两相的相互作用以及固相的出现对气相湍流作用的影响,模型中引入了物理意义上更加合理的源项公式,并与实验值进行了比较,模拟计算值与实验值吻合良好,验证了双流体模型方程的适用性.计算结果表明:由于文丘里管特殊结构的影响,流化床提升管内颗粒浓度分布非常不均匀,颗粒速度沿提升管高度发生强烈变化,流动非常复杂,研究结果为进一步优化循环流化床脱硫反应器入口结构打下了基础.     

一种煤粉悬浮剂的实验研究及注入工艺

煤层气排采过程中,地层产液携带煤粉进入生产管柱中,随着中后期产液量下降,若煤粉不能及时从泵筒和油管中被携带至地面,而在泵筒中沉淀,使凡尔不能复位造成泵漏失,甚至煤粉堆积造成卡泵、埋泵等井下故障,会严重影响煤层气开采效率。针对煤粉沉积的问题,采用往井筒中注入一定配比活性剂的悬浮液,悬浮液具有在低浓度时吸附在煤粉表面使其悬浮于水中的特性,降低临界携煤粉流速。在此基础上,通过有杆泵使井筒中悬浮的煤粉尽快返排至地面,以减少对井筒的伤害。通过实验方法测试出粒径100目（0.150 mm）以下的煤粉在不同质量分数表面活性剂作用下,最大悬浮率可达28.57%,在排液采气流量不变的情况下,有效提升了煤粉携带的性能,降低因煤粉堵塞原因引起的油气田主流生产泵的故障率,煤层气的长效排采对气田稳产、高产具有重要意义。     

煤粉低尘燃烧器内燃烧特性的数值模拟

介绍了一种用于中小型工业窑炉的新型煤粉低尘燃烧技术,利用计算机数值模拟考察了煤粉低尘旋流燃烧器的特性. 在合理选择气相流动、固相流动、煤燃烧及NO的生成等模型的同时,针对旋流燃烧场中固体颗粒在壁面附近的碰撞及熔融特性,探讨了煤粉在壁面处的运动模型,并以此为基础考察了燃烧场的两相流动特性,模拟了燃烧器内煤粉的燃烧过程及各物理量的分布. 在与实验比较的基础上,对燃烧器的结构进行了改进. 结果表明,在低化学计量比下,改进后的燃烧器性能更好,颗粒在燃烧器内充分燃尽,在保证液排渣效果的同时,NO的排放远低于常规液排渣旋风器的NO排放量.     

气升式三相内环流生物反应器内流体力学和传质性能的实验研究

本文通过实验研究了气升式三相内环流反应器在非牛顿流体中的流体动力学特性和传质性能.考察了表观气速、导流筒与反应器截面积之比、固体粒子加入量及CMC溶液浓度等操作条件对气升式三相内环流生物反应器中导流筒与环隙内液体循环速度、气含率、固含率及气-液体积传质系数等流动与传质特性参数的影响.     

泵的吸水筒设计

离心泵在抽水装置中,如果水平面低于泵进口,则须安装底阀.往往在运行过程中会出现三个问题.〈1〉水中含有腐蚀介质时,底阀浸入水中容易损坏.〈2〉水中颗粒杂质会粘附在底阀的密封面上,当阀瓣闭合时会有泄漏.泵停止运行时,泵内液体倒流至水池,再次启动时又需要灌入引水.〈3〉由于泵内液体倒流使叶轮反向旋转,泵轴前端螺帽会松脱,不及时发现会卡死叶轮导致电机烧坏.     

密相气力输送中气固两相流动特性多源信息分析

在加压密相气力输送煤粉实验装置上,结合静电、压力传感器与电容层析成像系统(ECT)3种方法,利用统计学和分形方法研究了不同操作条件(总输送压差、输送载气和煤粉含水率等)下密相气固两相流动力学行为。结果表明:输送载气为CO₂时,颗粒相微观运动剧烈程度随总输送压差(0.3~1 MPa)的增大而增大,气流和颗粒相之间的相互作用在总输送压差0.75 MPa下最强烈,但煤粉宏观整体的流动保持稳定;煤粉含水率增加对宏观流动稳定性没有影响,但水分增加使颗粒相的微观运动剧烈性减小;载气为N₂时,管道截面煤粉的平均浓度及分布变化明显,宏观流动状态不稳定,但颗粒相的微观运动剧烈程度与载气为CO₂时的变化规律一致。     

用诺模图确定固-液系统的沉降速度

本文介绍的诺模图以经验公式为基础,用于单一颗粒和多颗粒系统,可避免在求算沉降速度时的复杂计算。对于单一颗粒和多颗粒系统,计算固体颗粒在液体介质中沉降速率的方法有许多种。此类计算具有多种应用,其中包括估算沉降槽的大小及确定流化床中颗粒的最低沉降速度。     

高炉下部气相压降特性的模拟研究

为了阐明高炉下部气相压降的特性,在填料床内模拟高炉下部流动条件进行了气液两相逆流的流体力学实验.结果表明在气相雷诺数较小时,由于停滞孔隙率的存在,实测压降值比修正厄根方程计算的值大;气相雷诺数较大时,气液界面上产生的粘性曳力较小,实测压降值比修正厄根方程计算的值小.对实验结果进行回归得到了阻力系数与气相雷诺数的关系,并提出了新的气相压降计算模型.当填料密度比液体密度小时,在液泛前填料会发生松动和膨胀,通过修正填料床的孔隙度可以计算膨胀填料床的压降.填料膨胀率的大小与液体流量、填料的流化速度及自由沉降速度有关.在实验数据范围内,模型的计算结果与实测值吻合较好.     

固-液导流筒搅拌槽内流体流动和颗粒悬浮特性

在直径0.8 m的导流筒搅拌槽内,对单相液体的三维速度分布、固-液两相的固体颗粒浓度分布和离底悬浮特性进行了系统的实验研究. 结果表明,导流筒内外的轴向液相速度远大于径向和切向速度,导流筒外壁附近存在一个与主体轴向流动方向相反的二次流区域;搅拌槽底部结构对固体颗粒的临界离底悬浮转速(NJS)有显著的影响,浅锥底的NJS比平底的低14%以上;NJS随固相浓度的增加而增加,但当浓度超过50%时,NJS略有降低;槽内固相浓度分布的均匀性随固相浓度的增加而得到改善. 本研究结果对导流筒搅拌槽的优化设计具有一定的指导意义.     

循环流化床气体-颗粒团聚物两相流体动力特性的研究

基于气固两相流体动力学,建立循环流化床内气体-颗粒团聚物两相流动模型,模拟计算循环流化床内气固两相流动.理论预测得到循环流化床内颗粒团聚物的形成,得到颗粒"环-核"流动结构,模拟计算颗粒相浓度和速度以及气相速度分布与前人实验结果的趋势基本吻合.