湍动流化床颗粒流动特性的数值模拟

采用欧拉-拉格朗日研究方法,通过数值模拟对湍动流化床流化特性开展研究,得出了床层内压力、固含率、颗粒速度及粒度分布规律。结果表明:床层中心处的压力沿轴向高度逐渐减小;固含率沿轴向高度逐渐减小,呈“ε”型分布,分为底部密相区、中间过渡段及上部稀相区,在稀相区呈现出中间低、边壁高的“环核”结构,且该结构沿轴向逐渐减小,直至消失;颗粒轴向速度沿轴向起伏变大,中心区域的颗粒速度普遍大于边壁处的颗粒速度,且颗粒下落位置由边壁向中心存在移动;颗粒粒径分布沿轴向逐渐降低,稀相区分布相对比较均匀。     

基于试验和CFD模拟的稠油热采井口四通管冲蚀规律分析

目的 分析稠油热采中含砂流体对四通管冲蚀磨损问题,明确失效机理及特征.方法 采用金相分析仪对失效四通管损伤处材料ZG(J)35CrMo进行金相组织分析,并采用扫描电镜(SEM)对四通管进行冲蚀形貌微观检测,同时借助多相流冲蚀试验机对四通管材料ZG(J)35CrMo进行冲蚀试验,构建冲蚀预测模型,并通过单因素冲蚀试验对冲蚀预测模型进行验证.最后建立CFD-DPM-EPM(耦合计算流体动力学-离散粒子-冲蚀)数值模型,研究不同流体速度、颗粒粒径和质量流量对四通管冲蚀规律的影响.结果 金相组织分析结果显示,失效四通管材料基体组织成分为索氏体、铁素体和贝氏体,表面发生轻微脱碳现象.扫描电镜分析结果显示,失效四通管内壁有明显的砂粒冲蚀形貌,材料无明显的材质劣化及脆断现象.单因素冲蚀试验验证了回归分析法构建的冲蚀模型的准确性.随着流体速度由5 m/s增加至25 m/s,四通管最大冲蚀速率增加了16.947倍;颗粒粒径由0.05 mm增加至0.2 mm时,四通管最大冲蚀速率减少了50％,而颗粒粒径由0.2 mm增加至0.4 mm时,四通管最大冲蚀速率增加了1.382倍;质量流量从0.15 kg/(m2·s)增加至2.4 kg/(m2·s)时,最大冲蚀速率增加了16.584倍.结论 四通管失效主要由于颗粒冲蚀管道内壁,管道减薄到一定程度后,无法承受内部压力所致.四通管出口段肩部为冲蚀高危区.随流体速度的增加,四通管最大冲蚀速率呈指数关系增加;随着颗粒粒径的增加,最大冲蚀速率呈先减小后增大的趋势;当质量流量增加时,最大冲蚀速率呈线性关系增加.     

半球形突起弯管冲蚀特性数值研究

目的 设计一种带有半球形突起的表面结构,以减轻弯管在气固两相流中受到的冲蚀,并对其冲蚀分布和内部的流场结构进行分析.方法 采用CFD-DPM方法,将气相作为连续相,颗粒作为离散相,结合双向耦合、RNG k-ε湍流模型、Finnie冲蚀预测模型、Grant颗粒反弹模型和粗糙度模型进行计算,将试验数据与计算结果进行对比,以此验证计算的精确性.结果 标准弯管中,冲蚀主要发生的部位为外壁 θ=50°至θ=65°,最大冲蚀速率为4.40×10–4 kg/(m2·s).对于表面突起的弯管,当突起位置θ=30°时,最大冲蚀速率达到最低,为2.82×10–4 kg/(m2·s);当突起位置θ=75°时,最大冲蚀速率达到最大值,为6.61×10–4 kg/(m2·s);突起上的最大冲蚀速率在 θ=60°时达到最大,为4.99×10–4 kg/(m2·s),其他位置突起的最大冲蚀速率均低于3.5×10–4 kg/(m2·s),但平均冲蚀速率较高.结论 在弯管表面的特定位置设置半球形突起,可以改变颗粒轨迹,降低二次流影响,并在其下游形成缓冲涡,从而对壁面起到保护作用.尤其是当突起位置θ=30°、半径r=D/7时最为明显,最大冲蚀速率相较标准弯管降低了37.05％.但随着突起位置的靠后,其保护作用也逐渐衰弱.     

双旋流耦合式旋流反应器内切向速度分布研究

采用RSM 湍流模型、Eulerian 多相流模型对旋流反应器内切向速度分布进行研究,并考察入口总流量、溢流比及进料比对切向速度分布的影响。研究结果表明,旋流反应器混合段内切向速度呈"双峰值"分布,分离段内切向速度呈"单峰值"分布,进一步说明旋流反应器可实现实时混合与分离。随着入口总流量变大或溢流比减小,旋流反应器切向速度增大,混合段内切向速度"双峰值"分布越明显;分离段内最大切向速度轨迹面不受操作参数影响,通过对模拟数据分析回归,建立了双旋流耦合式旋流反应器切向速度预测模型。     

催化裂化提升管反应器出口快分构件优化

针对京博石化一套FCC装置内粗旋结构,提出了一种内置导流板的粗旋结构,并采用Fluent软件对优化模型内气相流场、颗粒运行轨迹及分离效率进行数值研究,并与现场粗旋进行了对比。模拟结果表明:优化模型内切向速度呈驼峰分布;轴向速度呈马鞍形分布;压力分布呈轴对称分布,其沿轴向基本不变,而是随着半径的减小而降低。与现场模型相比,优化模型的切向速度、轴向速度都有所提高,有利于气 固的分离;压降有所降低,提高了旋风分离器的性能;分离效率主要是对粒径范围5~20 μm的颗粒提高较大。此外,随着入口速度的增大,其分离效率增大的同时压降也增大,因此需综合考虑。