计算流体力学方法模拟规整填料塔内流体流动行为的研究进展

对采用计算流体力学(CFD)方法模拟规整填料塔内流体流动行为的研究进展进行了综述,分别介绍了单相流模型和两相流模型。单相流模型可预测气相或液相在规整填料塔内轴向、径向的扩散行为及气相的压头损失等;两相流模型主要研究规整填料塔内气液相流动行为,利用该模型可计算液体在规整填料表面的流动过程及气液相间的传质行为,其模拟结果比单相流模拟更接近实际。随流体力学学科和计算机技术及现代测量技术的进一步发展,将会促进CFD技术在化工过程中的应用。     

分流分相式多相流量计研究进展

分流分相多相流量测量方法是新一代在线多相流量测量方法,分流分相式多相流量计具有体积小、精度高等优点.通过从被测主流体取样分流出一部分气液混合物,分离后采用单相仪表测量取样流体流量,然后根据取样流体与主流体的比例关系获得被测流体流量.分流分相测量方法成功的关键在于设计合适的分配器,保证取样流体和被测流体之间具有确定的比例关系.目前已经开发出了三通管型、取样管型、转鼓型、转轮型、旋流型管壁取样器等取样分配装置,其中,旋流型管壁取样器通过多孔取样和流型整改保证了取样的代表性,无运动部件、取样孔不易堵塞,非常适合海上油气田的开发.     

气液两相流管道振动测试分析

对大型多相流实验管道进行了振动测试和分析,用双通道数据采集器对单相气和两相流进行了频谱测试。通过频谱分析,分析了管内为单相气和气液两相流时振动频谱信号的异同,发现在单相气中加入液相后,振动频谱频带范围明显变宽,振动能量值变大。     

气液并流上行式反应器中分配器压降特性

在冷模试验装置中对气液并流上行式反应器中两种分配器的压降特性进行研究,考察了气体流量和液体流量对分配器压降的影响,结果表明：采用基准气液分配器和新型气液分配器时,分配器压降都随着气体流量的增大而先减小后增大,随着液体流量的增大而增大;在相同条件下新型气液分配器的压降高于基准分配器。针对两种气液分配器分别建立压降模型,压降计算值包括气液分配器的下部入口压降、中部上升管压降和顶部出口压降三部分,模型计算及验证结果表明：基准气液分配器压降中顶部压降占比最大,下部压降和中部压降占比较小,而中部压降中重力压降占比最大,加速压降可忽略不计;压降的模型计算值与试验值随液相流量变化的趋势基本一致,但是在相同条件下压降的计算值大于试验值,且二者的偏差随着液相流量的增大而逐渐增大,其原因是实际分配器中气液两相的流型会发生变化,导致模型计算值偏差变大。     

两相流及传热(一) 综述

许多生产工艺过程及设备都遇到处理气、液两相混合物的问题。这种混合物在管道或设备中流动,称为两相流动或两相流。两相流中还常常伴有传热过程及相的变化。两相流的流动机理和传热动机理都与单相流很不相同。应特别指出,两相流的研究远不如单相流充分,有关压降及传热的计算公式及方法亦不如单相流的完善和准确。     

立式缠绕管换热器入口混合分配器流场流体模拟及结构优化

入口混合分配器是立式缠绕管换热器中非常重要的一部分结构部件,其对两相流流体混合分布的均匀程度直接影响到流入管束内流体的均匀分配及传热效率。文章以现实生产中的气液两相为介质,通过使用流体力学软件CFX模拟立式缠绕管换热器入口混合分配器的操作工况,对入口混合分配器进行数值模拟,并且在数值模拟结果的基础上进行了结构优化。模拟结果表明,优化后的入口混合分配器使进料的气液两相介质混合得更加均匀,死区更小,从而保证了换热器的高效传热。对相关的气液入口混合分配器的研究和结构设计优化有一定的指导参考意义。     

水平井筒变质量间歇流压降的理论与试验研究

间歇流是实际水平井筒气液两相流动中非常重要的一种流动形态。由于水平井筒和常规水平管道中气液两相流动的相似和差别,常规管流的压力计算方法对于水平井筒流动来说需要进行修正和扩展。在常规水平管道间歇流动压降分析的基础上,对气、液两相分别应用质量守恒方程和动量守恒方程,考虑管壁入流或出流对压降的影响,得到一种新的水平井筒间歇流流型压降计算方法。同时,设计并建立了水平井筒流体流动模拟试验装置,在轴向为气液两相流动的前提下分别进行了上管壁单孔眼注入和下管壁单孔眼注入的间歇流动压降试验研究,获得了大量试验数据,与理论…     

固定床反应器内构件-喷射型分配器的结构优化

采用欧拉两相流模型和标准的k-ε湍流模型,对一种喷射型分配器进行了数值模拟,在此基础上探讨了气相入口结构、液相入口数量、出口喷嘴直径等对分配器不均匀度和压力降等性能的影响,进而优化了分配器结构。研究结果表明,改进型分配器气相入口形式为朝向同侧的2孔,液相入口个数为4个,出口喷嘴直径为12 mm,分配器下方200 mm的液相分布不均匀度为0.170 2,与基本构型分配器相比降低了3.46%,可在一定程度上改善分布效果;压力降与基本构型分配器的压力降相近。     

水平井筒变质量气液两相流动模型

根据水平井筒和常规水平管道中气液两相流动的相似和差别,可知常规水平管流的流型转换标准用于井筒流动需要进行修正或扩展。根据气液两相界面波的迅速成长机理,考虑了管壁存在入流或出流对于分层流向非分层流流型转变的影响,在Taitel Dukler的研究基础上,得到水平井筒气液两相变质量流动分层流向非分层流流型转变的判别方法。通过对分散泡状流流型中的分散气泡进行受力分析,考虑了管壁入流或出流的影响,得到判别水平井筒气液两相变质量流动分散流向间歇流流型转变的一种新方法。     

分流型管汇偏流现象的数值模拟研究

油气田集输系统中,管汇主要用于收集各井口采出物,并将其输送至油气处理设施。油气集输管汇各出口管路流量分配不均的现象严重影响了下游油气处理设施运行的经济性与安全性。针对分流型管汇,分别选取空气和空气-水为流动介质,给定不同的气相折算速度v_(sg)和液相折算速度v_(sl),基于FLUENT仿真软件研究管汇流量分配规律和偏流成因。FLUENT模拟结果表明,无论是单相流还是气液两相流,分流型管汇都会出现偏流。大多数工况下,来流由气相转变为气-液两相后,管汇气相偏流程度均会加重。当v_(sg)较小时,气相中引入液相,在液相携带下,更多的气相将进入分流管,使得管汇气相偏流程度降低。经分析可知,造成管汇偏流的主要原因有惯性力的作用、涡流的影响和压力分布不一致。随着v_(sg)或者v_(sl)增加,流体受到的惯性力增加,管汇气相、液相偏流程度均会加重。通过对分流型管汇流量分配情况的数值模拟分析,可为设计高效、经济的油气集输管汇几何结构提供依据。     

气-液分流式分布器的流体力学性能

开发了一种具有抗塔板倾斜性能的气-液分流式分布器。通过冷模实验,研究了该分布器液体破碎程度与液体分布均匀性之间的关系,以及操作条件变化对分布器压降的影响,并在直径为1 m的加氢反应器中考察了由37个气-液分流式分布器组成的气-液分配盘的液体分布均匀性。结果表明,存在一个液体破碎雾化的临界气速。临界气速同时也是分布器液体分布均匀与否的分界点,只有气体流速超过该临界值时,才能实现液体的均匀分布。当通过分配盘的气量超过总体临界气体流量时,其液体分布相对不均匀度可降至5%以内,实现液体的均匀分布。此外,基于实验数据,还得到了气-液分流式分布器的压降与气、液两相Reynolds数间的关系式。     

气液两相环状流中夹带液滴特性研究

气液两相环状流中液体薄膜沿着管壁流动而速度较大的气核在管中心流动,通常速度较大的气核会夹带部分液滴。液滴夹带来源于沿着管壁流动的液体层的雾化速率和液滴沉积速率之间的平衡过程。目前大多数环状两相流的研究主要集中在对主要夹带现象的分析上。文中主要从夹带液滴直径、液滴速度分布和夹带分数3个方面进行夹带液滴特性研究。     

固定床反应器溢流型气液分配盘的性能模拟

以油品和氢气为原料,选用欧拉-欧拉多相流模型和标准k-ε湍流模型,利用计算流体力学（CFD）软件建立了固定床反应器分配盘数学模型,并在验证模型准确性的基础上对由溢流型分配器组成的分配盘进行性能分析,考察了分配器排列方式、间距、分配盘下方空高等因素对分配盘性能的影响。结果表明,当以正方形形式排列,布点间距为118 mm、分配盘与催化剂床层间距为150 mm时,气液分配盘液相分布的不均匀度最小,仅为1.86%,比基本构型分配盘的液相分布不均匀度降低了42.9%。     

新型抽吸型气-液分流式分布器的性能

开发了一种新型气 液分流式分布器,采用冷模实验装置考察了气体操作线速度和液体线速度分别在0~619 cm/s和018~044 cm/s范围时分布器安装高度差对液体分布的影响,并与工业上使用的泡罩式分布器对比。结果表明,由于气 液经由独立的通道,有着恒定的流通面积,气 液分流式分布器对塔板倾斜的敏感度较低,且随气速的增大不断减小;当气体线速度超过3 cm/s、气/液流量比大于10时,该分布器分布不均匀度可降至10%,接近均匀分布。采用计算流体力学软件模拟了单个分布器抽吸过程,得到各相体积分数和速度分布等值线等流场结构。     

气液两相水平管流流态可视化分析

提出用图像处理技术进行气液两相水平管流流态可视化研究的基本方法,并建立了实验装置。实验装置由实验环道、流场图像获取系统和数字图像处理系统组成。实验环道中包括一个由透明玻璃管制成的实验段,利用数字流场图像获取系统将获取的流场视频信号转换成数字信号送入计算机处理。以此为基础,在实验条件下研究了大量的气液两相流流态,对泡状流、柱塞流、断塞流、层状流和波状流等几种典型流态进行了深入的分析,得到了各种流态的生成条件及相互之间的转换规律。     

气藏水平井携液临界流量计算

液滴在水平井筒中的受力情况与垂直井筒中截然不同,根据垂直井筒中质点力学分析获得的计算气井携液临界流量的Turner公式及其修正式不再适用于水平井。根据水平井筒内液滴质点分析理论,推导出水平气井的携液临界流量公式。与水平管气液两相流态机理计算得到的携液临界流量结果的对比结果表明,用质点分析理论计算得到的携液临界流量比气液两相流态机理计算结果要偏于乐观,且其流态正处于环状流和雾状流的过渡区。因此,在实际应用中,用质点分析理论计算的结果可根据生产井实际情况在一定范围内进行调整。     

上流式反应器中气体分散性能的研究

在上流式反应器冷模实验装置中,以带圆柱形上升管的多孔板气液分布器为对象,考察了表观气速、轴向高度、上升管直径、固体颗粒形状对气含率分布的影响。结果表明,该气液分布器产生的初始气泡尺寸较大,多为毫米级气泡;气速越大,轴向位置越高,局部气含率的径向分布越不均匀;上升管直径为26 mm的气液分布器的气体分散性能优于上升管直径为48 mm的气液分布器;球形、齿球形和三叶草形固体颗粒对气泡有破碎作用,且三叶草形固体颗粒破碎效果优于球形固体颗粒,使用三叶草均形固体颗粒的填料层上方气含率分布偏差最小。     

管内相分隔状态下电磁流量计测量气液两相流的方法

针对电磁流量计测量气液两相流时测量精度和稳定性易受流型影响的问题,提出了一种管内相分隔状态下基于电磁流量计的气液两相流测量方法。利用旋流器将不规则的两相流入口流型整形成气芯-水环的对称型环状流,保证了权函数的有序分布,并引入空隙率修正了电磁流量计测量模型,提高了电磁流量计的测量精度。利用空气-水两相流为介质,通过室内实验对该测量方法进行了验证,结果表明,在管内相分隔状态下,电磁流量计的液相测量相对误差在±5%以内。研究结果为工业生产中的气液两相测量提供了一种很好的思路和方法,具有良好的应用价值。     

柱状气液旋流器的耦合流变水力特性模型

利用改进的柱状气液旋流器(GLCC)机械设计模型计算并预测出该模型的气液耦合流动的流变水力特性,如临界速率、平衡液位高度、零净液体流量及液体携带起始点等。柱状气液旋流器机械设计模型的确定对平衡液位模型和气-液界面模型的建立有重要意义。推导出了净液体流量为零时的最大液体容量,并得出在一种临界参数下气体中无液体携带和液体中无气体携带的条件。液体携带起始点的提出和预测为获得较为完整的气液耦合流变临界操作参数提供了依据,而且为今后柱状气液旋流器的推广应用提供了参考。