煤矿乏风瓦斯流入特性对填充床内置换热器取热的影响

在实验验证数学模型有效基础上,研究了气体流入特性对煤矿乏风氧化床内置换热器取热的影响,结果表明:填充床内置换热器取热率随床层入口气体质量流速均匀性指数的下降而减小,蜂窝陶瓷的存在导致气体流动单向导通、增大床层物理流速及辐射面积,使床层入口气体质量流速均匀性指数减幅相同时填充床内置换热器取热率减小幅度要比空床换热器大;床层入口气体平均质量流速不变时,内置热器取热率随床层入口气体温度均匀性变差而减小,温度分布不均同时引起流速分布不均,温度分布不均引起的取热率下降幅度要明显大于相同平均质量流速、温度下床层入口气体流速不均引起的取热率下降幅度;对于立式氧化床,各部分气体由于温度不同导致的浮力大小不同以及气体所受浮力由于进风方式不同导致的对流动影响差异,换热器取热率也随之发生变化,随着床层入口气体平均温度逐步升高,进风方式对取热率影响越来越明显。     

乏风氧化装置进气导流的流动均匀性研究

 运用计算流体力学（CFD）方法对乏风氧化装置内气流流动规律进行数值计算。研究不同导流板安置方式、板形、板长以及导流板数量对流动均匀性的影响。模拟结果表明：末端悬空的导流板对流动均匀性的影响明显好于末段封闭的导流板;弯板对改善氧化床内气流均匀分布的效果最明显,梯形板次之,直板最差;板长也是影响流动均匀性的重要参数之一,全板的流动均匀性最好,导流板相对板长越短,氧化床内气流分布均匀性越差;导流板的数量对流动均匀性也有较大影响,导流板数量越多流动均匀性越好,对应靠近入口处的氧化床内速度也越低。     

煤矿乏风瓦斯氧化床取热空间特性对床层取热影响

在试验验证数学模型有效性的基础上,基于煤矿乏风氧化床的取热,采用数值研究的方法,研究了煤矿乏风瓦斯氧化床取热空间特性(蜂窝陶瓷填充率与蜂窝陶瓷开孔率)对取热的影响,计算结果表明:取热空间蜂窝陶瓷填充率增大时,一方面引起氧化床层物理流速的增大,换热器外壁周围的气体流速随之增大,强化换热器的对流换热;另一方面使与换热器进行直接对流换热的气体量减少,削弱换热器的取热;取热空间蜂窝陶瓷填充率增大对取热影响的矛盾两面性使换热器取热率呈现先增大后减小趋势,在填充率为0.49时,氧化床内置换热器取热率存在极大值;取热空间填充蜂窝陶瓷开孔率的减小使取热空间内换热器所在区域与蜂窝陶瓷填充区域阻力不匹配,气体会优先选择阻力小的换热器所在区域,强化换热器的取热,但是取热区阻力相差太大,又影响取热区下游床层气体分布的均匀性,取热空间填充蜂窝陶瓷开孔率常选取为0.64。     

煤矿乏风预热催化氧化床温度均匀性的研究

对预热催化氧化装置氧化床的温度分布均匀性进行了实验研究,在热平衡状态下研究了空速、进气温度和体积分数对氧化床温度场均匀性的影响。实验结果表明：氧化床在催化氧化时间段内的温度明显比加热启动段要均匀;氧化床内部在加热启动段内的温度不均匀系数由前至后越来越低,而在催化氧化段内的温度不均匀性系数先降低再升高;进气温度对氧化床温度分布均匀性的影响最为明显,氧化床的温度分布均匀性随进气温度的提升明显改善,而较高的空速和较低的进气体积浓度会减缓温度不均匀性系数随进气温度的变化速率。以上研究成果为预热催化氧化装置的优化设计和性能提升提供理论参考。     

煤矿乏风瓦斯热逆流氧化反应器的数学模型和试验

建立了低浓度甲烷热氧化逆流反应器的数学模型,运用计算流体力学方法进行数值计算,得到各种操作参数下的温度分布及甲烷浓度分布曲线,并将数值计算结果与实验结果进行了对比,并对影响氧化床运行特性的几个主要因素进行了分析。结果表明,氧化床内温度分布基本成M型,高温区以及甲烷浓度分布曲线沿气体流动方向周期性往复移动;进口甲烷混合气的浓度越大,温度分布峰值就越高并而且更靠近进口端,高温区域的宽度也增宽,而且高温区域中间凹度加深,进出口温度梯度也会增大;预混甲烷气体的流速从0.15 m/s增大到0.70 m/s时,最高温度峰值和高温区变化不大,因为流速增大一方面使单位时间进入氧化床内反应物的数量增加,放出了更多的热量,但是另一方面气体流速升高而带走的对流换热量也会大量增加。     

基于CFX的对旋式通风机数值模拟与研究

介绍了对旋式通风机数值模拟的基本过程及方法,并对对旋式通风机进行了多工况全三维数值模拟及分析。结果表明:对旋式通风机在额定工况附近,叶轮叶栅内静压及速度分布均匀,流动效率高;在小流量工况时,第2级叶轮压升增大,电动机易过载,流动分离增加,叶轮效率及整机效率下降;在大流量工况时,第2级叶轮区静压及速度分布极其不均匀,流动分离扩散至整个叶栅通道,大幅降低了第2级叶轮的压升和效率,使整机性能大幅下降。     

动叶安装角对矿用对旋主通风机内部流场及性能的影响

对以压入式工作的FBCDZ-10-No20型矿用对旋主通风机进行三维非定常流场数值模拟,研究叶片安装角的变化对风机内部流场及性能的影响。研究表明:随着叶片安装角的增大,两级叶轮的做功能力逐渐增强,出口气流的旋转运动变得更加强烈,气流进出口的静压差变大;随着安装角的增大,叶片压力面的静压和吸力面的压力梯度都明显增大,且第2级叶轮的变化幅度大于第1级叶轮,与其他2种安装角相比,β=+3°时的叶片表面静压分布呈现出更显著的周向不均匀性;随着叶片安装角的增大,两级叶轮的轴功率均增加,但第2级的增加值高于第1级。     

基于煤矿乏风热氧化的填充床内置换热器取热特性

基于煤矿乏风热氧化取热过程,搭建了填充床内置换热器稳态取热实验台,取热率最大相对误差为2.50%,实验研究了床层内取热区两侧及取热区内填充蜂窝陶瓷对换热器取热的影响,结果表明：取热区两侧空间填充的蜂窝陶瓷通过增大床层气体物理流速、辐射换热面积、扰动换热器背风侧流场而强化换热器取热,当气体质量流速0.15 kg/(s·m2),温度从613 K升高到1 113 K时,取热区两侧蜂窝陶瓷的存在使换热器取热率比空床增大了2.20%～14.84%,而当气体质量流速增至0.30 kg/(s·m2),温度同样从613 K升高到1 113 K时,取热区两侧蜂窝陶瓷则使换热器的取热率比空床增大了4.92%～10.61%;取热区内填充的蜂窝陶瓷对换热器取热率影响的矛盾两面性决定了取热区内填充的蜂窝陶瓷不会对换热器取热率产生较大影响,也并不总是强化换热器取热,甚至会削弱换热器取热,当气体质量流速为0.15 kg/(s·m2)、温度从613 K升高到1 113 K时,取热区内蜂窝陶瓷的存在使得换热器取热率比空床变化了-1.92%～+4.47%;采用换热器外壁镀银的方法,研究了填充床内置换热器取热过程中传热方式的贡献,结果表明气体质量流速0.15 kg/(s·m2),温度为1 113 K时,换热器取热率中已经有55%的贡献来自辐射,随着温度进一步升高,辐射成为填充床内置换热器取热的主要方式。     

基于CFD的四缸柴油机冷却系统优化

利用CFD软件AVL-FIRE对某型号直列四缸水冷柴油机的冷却水腔进行了流动与传热特性的数值模拟分析,分析了缸体冷却水腔内冷却液的流速分布、传热系数分布及压力损失。并根据模拟结果对冷却系统设计不合理的地方提出优化改进方案,使得各缸气缸体处冷却水流量分配均匀性得到明显改善,提高了该柴油机的可靠性和耐久性,并为柴油机的冷却水套优化设计提供了理论依据。     

工艺条件对费托铁基催化剂气固流化特性的影响

传统上浆态床费托合成铁基催化剂主要采用浆态床反应器进行还原,之后转移至费托合成反应器中进行反应。随着费托合成反应器规模的扩大,配套的浆态床还原技术显现出了生产能力小,还原周期长等不足。通过对费托合成铁基催化剂气固流化特性进行研究,开发产能大、还原周期短的气固流化床还原技术能够显著提高费托合成装置的经济效益。在分析了费托铁基催化剂物性参数的基础上,利用氢气和氮气的混合气模拟还原合成气,在能够升温加压的不锈钢气固流化床反应器内,研究了工艺条件对催化剂气固流化特性的影响,包括温度、压力条件对床层压差脉动幅值的影响,温度、表观气速对反应器床层内气固分布的影响,并结合数值模拟揭示了加压条件下表观气速和温度条件对反应器床层轴向和径向的颗粒体积分数分布、径向颗粒速度分布的影响规律,获得了加压条件下床层从鼓泡流化态到湍动流化态的转变速度并与常压结果进行了对比。实验结果表明,压力增加能够降低床层压差脉动幅值;床层气固分布变化规律及关联计算结果表明在3.0 MPa条件下床层由鼓泡流化态转变为湍动流化态的气速为0.26 m/s。床层不同高度的径向模拟结果表明,在不同表观气速下,反应器内颗粒体积分数都沿径向呈中心稀、边壁浓的"环-核结构",颗粒速度沿径向呈中心上行、边壁下行的流动趋势;温度升高会造成床层压差脉动幅值减小,但对颗粒体积分数和颗粒速度分布的影响并不显著。在气固流化床的工业运转中适当加大操作压力,利于湍动流化态的形成及流化质量的改善。     

预热催化氧化反应器导流系统的数值模拟与优化

针对反应室入口截面的气体速度分布均匀性对预热催化氧化反应器的氧化效率和运行稳定性的影响,利用CFD软件对预热催化氧化反应器反应室入口的导流分配系统进行模拟计算,确定了扩张段的最佳导流分配方案。结果表明：未加导流板时的原模型在反应室入口处,速度呈现出周围低、中间高的趋势,速度梯度比较大,反应室氧化床入口截面的速度分布不均匀性系数为0.8左右;布置了水平导流板之后,反应室纵向速度分布略微改善,反应室入口处截面的速度分布不均匀性系数降低到0.5左右;增加垂直导流板改装成网格状导流板后,反应室入口处整个截面的速度分布均匀性明显提高,不均匀性系数降低到0.2左右。     

变径水介质分选床工作原理及分选机理研究

变径水介质分选床是一种新型重力选矿设备,为研究其分选机理,采用ANSYS FLOTRAN软件模拟流场分布情况,得到流场分布规律;对废弃线路板颗粒在变径分选床中的运动进行理论推导,得到颗粒运动位移动力学方程;同时对床体上部气-水界面取样研究,得到结论:分选床顶部气-水界面即为颗粒成为溢流或底流的分界面,并得到相应的分离方程。     

乏风瓦斯蓄热氧化床阻力特性的数值模拟

基于自行开发的煤矿乏风热逆流氧化试验装置,采用多孔介质均质模型,建立了煤矿乏风蓄热逆流氧化的控制方程组和化学反应方程,模拟研究了氧化床运行参数、蜂窝陶瓷的结构参数和物性参数对氧化床的流动阻力和出口温度的影响规律。计算结果表明：在气流方向切换瞬间,氧化床的压强损失瞬时增大,经过1~2 s后趋于稳定;随着进入氧化床的乏风气体表观速度的增加,压强损失和出口温度都增加;乏风甲烷浓度对压强损失影响较小;提高蜂窝陶瓷的孔隙率,可以有效降低阻力损失,但是蓄热能力明显下降;提高比热容,有利于氧化装置稳定运行;随着当量直径的增加,压强损失显著降低。     

固定床气体预分流器的优化设计研究

固定床反应器效率高低主要取决于反应区内气体流动均匀程度,入口处气体预分流器的优化设计非常重要。本文以某轴流固定床入口段为研究对象,采用数值模拟方法研究了入口空腔内气体流动情况,对比分析了加设预气体分布器的优势,并对比研究了分流器侧壁面开孔的孔隙率、孔径、开孔位置以及分布器尺寸等对流场气流分布的影响,并在此基础上提出优化建议。     

滑脱效应影响的低渗储层煤层气运移解析分析

采用理论分析方法建立了滑脱效应影响的低渗透储层煤层气运移的数学模型，得到了有限长煤层气体稳态流动的采场压力分布解析式；无限长煤层和球向坐标煤层气体瞬态流动的采场压力分布解析式和相应的产量预测公式。通过具体矿区实例分析了抽采过程中低渗透储层滑脱效应影响的采场压力变化规律和气体产量预测规律。     

方形流化床内转变速度的研究

采用压差传感器在方形流化床中测试了多个床层截面的压力波动,研究了从鼓泡流态化到湍动流态化条件下气固方形床中截面平均压力梯度及其波动标准差的变化行为,获得了转变速度Uc,结合不同形式的圆形流化床关联式,采用当量直径方法对此流化床进行了转变速度的计算。比较分析的结果表明:通过当量直径的计算方法得出的转变速度与在相同操作条件下首先发生转变的床层上部的转变速度接近,说明用当量直径的方法是可行的。同时,发现床内流型的转变不是同时发生于整个床层的瞬时行为,而是由床层上部逐层向下扩展的递进行为,表明转变速度与床体尺寸及床层截面高度有关。     

并流旋转床压降数值模拟与实验

为探索旋转填料床压降的影响因素,采用Fluent软件对填料直径360 mm、高150 mm的CRPB3615型并流旋转床进行气液两相数值模拟研究,与实验比较得到较好验证。结果表明：旋转床内压降分布是紊乱的,气体存在局部回流现象;在一定条件下,并流旋转填料床压降随液量和气量的增大而增大,随转速的增大而减小;在气液比300（体积比）时,转速为1 200 r/min最优。