环流反应器分布器孔径对流场影响的数值模拟

利用Fluent软件对气升式内环流反应器做三维全尺寸的数值模拟,用欧拉多相流模型和标准k-ε模型模拟反应器内气液两相流动,获得反应器内流场的详细分布.研究不同表观气速中分布器开孔大小对反应器内流场的影响.结果表明,在低气速中分布器的开孔大小对平均气含率和环流液速有显著的影响,小孔优于大孔,有利于反应,而在高表观气速中分布器开孔大小对反应器内流场的影响不大.数值模拟结果与实验值吻合较好.     

探讨复杂结构反应器内气液两相数值模拟的网格拓扑方法

网格拓扑方法直接影响到复杂结构的反应器内,气液两相数值模拟的收敛速度和计算精度。本文在引入中心下料管和环管式气体分布器的环流反应器内,通过实验,考察了不同表观气速下轴、径向局部气含率和气泡上升速度的分布特性。在此基础上,使用商业软件ANSYS CFX10．0,采用非结构化和杂交两种不同的网格拓扑方法,为该反应器作数值模拟。从定性角度来看,两者结果均表明内、外环气含率均随表观气速的增大而增大;外环循环流入内环的气泡量少;在同一表观气速下,外环气含率远远低于内环;内环气泡速度远远大于外环,这些规律与实验数据基本吻合。从定量角度来看,杂交网格法可清楚地反映出气体分布器和下料管液体入口的影响,以及外环气泡速度方向在导流筒外壁处向上,而这些却是非结构化网格法难以实现的。这说明了在该反应器内的气液两相数值模拟中,采用杂交网格法比单纯的非结构化网格法准确得多。因此,对于复杂几何结构的反应器,本文建议采用杂交网格法。     

16升气升式环流反应器优化设计的CFD仿真研究

以16L内循环气升式环流反应器为对象,使用Fluent6.3软件对采用不同导流筒直径值的反应器中气液两相流动的过程进行计算流体力学仿真,研究导流筒直径变化对气升式环流反应器中气含率和循环液速的影响。结果表明,气体由反应器底部入口进入反应器后,气液混合物沿导流筒内部上升至反应器顶部,随后沿导流筒外部下降,形成反应器中的循环。增大导流筒直径在一定范围内能够提高反应器中的气含率,但同时也会造成循环液速的下降,并且给出了所涉对象中导流筒直径的最优取值区间。     

低高径比气升式环流反应器Realizable k-ε模型数值模拟分析

气升式反应器因其结构简单,有良好的混合传热性能,便于操作等优点已广泛用于化工、生物化工等行业。本文利用商用计算流体力学软件Fluent,利用Euler-Euler双流体模型,重点针对好氧反应的特点,对一种具有低高径比(H/D=1.67)的环流气升式反应器内的气液两相流动及混合性能进行研究,描述出反应器内气含率和环流液速等参数的详细分布,分析模拟结果,气液速度分布和气含率分布等与实际情况基本吻合,从而证实了计算结果的有效性,为工业实际应用提供一定参考。     

环隙气升式生物反应器三维CFD建模与仿真

气升式生物反应器被广泛地用于低耗氧微生物发酵过程中,如维生素C的发酵生产。采用计算流体力学对一个缩小的、工业环隙气升式生物反应器内的流体流动进行了建模与仿真,寻找该反应器内流体流动状态的规律。结果表明,在通气量比较小的情况下,生物反应器内的流体流动是极为复杂的,气含率分布和液体速度分布都存在着很大的不均匀性。但通过三维CFD仿真可以近似地确定流态接近CSTR和PFR的区域,从而为简化的CSTR-PFR组合流动模型的建模提供依据。     

环己烷氧化环流反应器的数值模拟

本文针对环己烷空气氧化反应器的工艺条件,运用计算流体力学原理及CFD软件CFX5．6／5．7对工业生产实际中该环流反应器进行了数值模拟。考察了反应器内的流体流动情况及进气量对反应器整体气含率和表观液速的影响,并从流体力学原理的角度阐述了产生这种现象的原因。对指导工厂生产扩产、生产工艺的优化和新型环流反应器的开发等具有积极的意义。     

内循环厌氧反应器CFD气液两相流模拟研究

内循环反应器的设计关键是流体在内部可以形成稳定的内循环流动,而表观气速是影响内循环形成的关键因素。采用标准k-ε湍流模型和欧拉-欧拉双流体模型,对内循环厌氧反应器内的气-液两相流体的流动规律进行了三维非稳态数值模拟研究。考察了不同表观气速对反应器内流体力学行为的影响。模拟结果表明:当表观气速较小(0.003 m/s)时,内循环无法形成;当表观气速在0.006 m/s至0.01 m/s范围内逐渐增大时,反应器内循环过程越容易形成,反应器的实际容积越能得到充分利用,且随着表观气速的增大,反应器内液相及气相轴向速度不断增大,轴向气含率逐渐增加;而气相去除率却呈现先上升后下降趋势;当表观气速增大至0.02 m/s时,部分气体由液体出口排除,影响反应器效率及出水稳定性。     

二硝基甲苯加氢反应器气液两相的数值模拟

对二硝基甲苯加氢反应采用的六叶轮自吸式反应器进行改进,并对改进前后反应器的气液分散性能进行实验及计算流体力学(CFD)模拟研究;采用模拟软件ANSYS fluent对自吸式反应器分别在600 rpm、800 rpm、1000 rpm条件下进行数值模拟;获得了反应器内气液混合过程的流场、局部气含率和整体气含率。结果表明:反应器的局部气含率分布较均匀;近壁处设置挡板可以有效改善气液两相的分散性能;改进后的反应器使二硝基甲苯加氢反应的速度加快了近10%。     

气-固加压流化床压力脉动信号的分析

对气-固流化床特别是气-固加压流化床压力脉动信号进行深入分析有助于更好地了解该类反应器内的流动行为。为了研究压力脉动信号与加压气-固流化床内流动行为的关系,以FCC催化剂为实验物料,采用密相段内径300 mm、高度3800 mm、扩大段内径600mm、高度800mm的加压流化床,对其压力脉动信号进行快速傅里叶变换(FFT)和小波分析,获得了代表气泡行为的特征频率(D5-D7);分析此频段能量特征值随表观气速的变化规律,得出了流型转变速度u_c,并考察压力对u_c的影响。结果表明:压力波动能量集中在低频,随着气速的增加能量特征值先增加后减小,压力升高u_c减小。     

气固鼓泡流化床的放大规律模拟研究

为了揭示流化床的放大规律,对气固鼓泡流化床进行了数值模拟,考察了流化床放大对流化状态、膨胀比、分布板控制区、气泡特性的影响。结果表明:在表观气速不变,床体等比例放大的条件下,床径增大对流化床的流化状态影响较大,当气速低于临近流化速度时,床径越大,膨胀比越小;当气速高于临近流化速度时,不同床径的膨胀比在1.18-1.48范围内波动;分布板控制区受床径增大的影响较小,不同床径的分布板控制区均在分布板以上10-15mm范围内;随着流化床径增大,气泡上升速度逐渐增加,而气泡初始直径受流化床放大影响较小。     

掺气水流中气泡区域的双层动态阈值分割方法

准确地提取出掺气水流中的气泡，是利用图像测量方法进行水流特性分析的前提。由于掺气水流中的气泡是无色透明的、对比度低，而且由于实验过程的光照不均，从而给图像高精度分割带来困难。由于光照不均，致使掺气水流图像中，气泡信息强弱不均，此时又会因强信息淹没弱信息而导致气泡漏提取或提取气泡缺损，为解决此问题，提出了一种双层动态阈值的分割方法，即首先在第1层完成对气泡所在局部区域的定位，再通过贴标签处理确定出每一个气泡的局部区域；然后在第2层的精分割中，对所有局部区域进行精细分割，以实现气泡区域的精确提取。实验结果证明，该方法可以大大提高气泡提取的精度。     

气液两相流含气率图像检测方法

开发了一套基于机器视觉技术的气液两相流在线检测系统,用于测量气液两相流的含气率等参数。根据最小二乘拟合法得到二值化图像的毛细管及气泡的左右边界的线性表达式;根据一阶导数原理确定气泡的上下边界;测量气液两相流的含气率等参数。实验结果表明,系统有较好的重复性,准确率高。     

一种气液两相流气相参数图像检测方法

介绍了一种运用图像处理技术检测气液两相流参数的新方法,针对气液两相中气泡目标对比度低的特点,提出先对待处理图像进行分形增强,运用改进的Canny算子检测出气泡目标边缘,在经过填充和标记后检测出两相流图像面积、圆形度、截面含气率等参数,为气液传质效率建模提供了基础;实践证明该方法抗干扰能力强,是一种实用可行的参数检测方法.     

固阀塔内颗粒夹带特性研究

对固阀塔内泡沫层中颗粒浓度分布及塔板上方分离空间颗粒夹带速率进行研究。实验表明在泡沫层内并不是所有颗粒都处于悬浮状态,悬浮颗粒浓度分布与泡沫层高度、颗粒粒径及气液流量等因素有关。颗粒悬浮百分含量与颗粒粒径和泡沫层高度成反比,与气体流量大小成正比。对于给定的表观气速和泡沫层高度,悬浮颗粒百分含量受液体内颗粒浓度影响较小。泡沫层表面颗粒浓度随着表观气速的增加和溢流堰高度的降低而增大。随气体流量增加及泡沫层表层颗粒浓度增大,颗粒夹带量会增加;随泡沫层高度增加,颗粒夹带量减少。泡沫层上方颗粒夹带速率受板间距、表观气速和泡沫层表层颗粒浓度影响较大。通过对颗粒在气泡尾涡内的受力分析,建立了泡沫层内颗粒浓度分布模型,并且结合塔板上方分离空间的雾沫夹带速率,建立了固阀塔板上方颗粒夹带速率模型     

气吸式排种器排种性能影响因素的试验研究

采用均匀设计的方法进行了气吸式排种器排种大豆质量影响因素的试验研究,考察了排种器排种盘转速和真空室压力与性能参数之间的关系,建立了粒距合格率、漏播率与重播率与影响因素之间的数学模型,获得了回归方程和最优结构参数。对于该气吸式排种器排种盘转速和真空室压力的最优化值分别为0.58r.s-1和0.003MPa,对气吸式排种器的设计具有指导意义。     

内循环厌氧反应器的气-液-固三相流数值模拟研究

利用计算流体动力学(CFD)方法对内循环厌氧反应器气-液-固三相流进行了三维非稳态数值模拟研究,探索了迭代时间对内循环形成过程的影响,并重点考察了反应器内Z方向上流体力学特性及三相分离器对颗粒的截留作用。结果表明,反应器内液相及固相内循环均成功形成,CFD技术能够很好地应用于IC反应器的研究;且Z方向上,一级反应室及二级反应室内固相及气相体积分率随轴向高度增大变化不大,而在径向上存在较大波动;一级提气管内液相、固相及气相轴向速度均比二级提气管内大,气含率及固含率也较大,一级厌氧反应室起到主要的水处理作用;三相分离器及气液分离器的设计对于反应器效率影响较大。     

基于双截面ERT对鼓泡床气含率分布的可视化测量

鼓泡床以其结构简单、效率高,广泛应用于化工、制药等领域。鼓泡床中气/液分布受诸多因素影响,如筛板构型、气/液混合比、温度等,而气/液分布直接影响反应效率。因此,气含率分布的实时检测成为过程控制及鼓泡床优化的重要依据。通常,传统检测手段,如压差法及电导探针法,仅能测得集总或局部信息。将电阻层析成像(ERT)技术引入鼓泡床测量,可获得2D/3D电导率分布及流速分布图像。通过对数据/图像后处理,可提取整体和局部流动参数。试验结果显示,ERT结果与传统方法符合,测量误差≤5%。     

气泡微细化实验中的光路设计及图像处理

气泡微细化实验是对工业中钢水脱硫的水力学模拟，根据相似性原理建立水模型实验，通过研究水模型实验中运动气泡的几何特性和运动特性来分析实际工业生产中脱硫剂的使用效率。通过设计合适的光路来获得最佳效果的拍摄图像；利用不同的图像处理流程分别对运动气泡图片进行处理，获得运动气泡的几何特性和运动特性。利用处理出来的数据进行气泡微细化实验分析，并对不同搅拌条件下气泡微细化实验的图像进行处理，寻找出最佳的气泡微细化实验条件。应用结果表明，所得出的最佳实验条件可大幅度提高镁的精炼反应效率，使反应速度加快，脱硫效率显著增长。     

加压条件下气固流化床流动特性的CFD模拟研究

本文利用CFX模拟软件,考察了加压流化床内的三维流动特性,分析压力对床层沿床压降、固含率轴径向分布、颗粒速率以及气泡行为等方面的影响。结果表明,升高压力能够提高床层膨胀高度,降低床层固含率。在床层底部,升高压力对中心区域和壁面附近的固含率都会有明显影响,而在床层中部则主要使壁面附近固含率降低。同时,升高压力会明显增加床层底部的颗粒向上和向下速率,并且会使床层内气泡数量增加,气泡会出现频繁的合并与破裂。     

基于气泡稳定性分析的锌浮选泡沫图像时空联合去噪

浮选泡沫运动过程中不可避免地出现形变、坍塌、兼并、破裂等动态变化特性,常用的去噪方法难以获得高质量的监测图像.本文提出一种基于气泡稳定性分析的泡沫图像时空联合去噪方法.该方法采用扩展的相位相关法对浮选气泡进行亚像素运动估计,通过双线性插值进行运动补偿;在此基础上,以泡沫图像子块为单位检测气泡的稳定性,准确辨识出泡沫图像子块的稳定运动状态(SMS)和非稳定运动状态(UMS);对具有SMS特性的子块采用时域滤波去噪,对具有UMS特性的子块采用非局部均值(NLM)方法进行空域滤波去噪;并根据气泡子块的稳定性,联合时域滤波结果和空域滤波结果获得泡沫图像的时空联合去噪输出.在锌浮选过程监控中进行实验验证,结果表明,该方法可以获得高信噪比的泡沫图像,去噪结果结构相似性强,为泡沫视觉特征的准确提取奠定了基础.