不同操作条件下连续结晶过程的CFD模拟

运用计算流体力学(CFD)的方法,采用多相流与粒数衡算方程的耦合求解模型,以10 L体积的内循环带有导流筒和挡板的DTB型结晶器为结构,在考虑晶体成长和成核的条件下,模拟了KCl-H2O体系的连续结晶过程。模拟设定1个连续相和5个不同尺寸晶体的分散相,考察了不同进料流速和进料质量浓度下连续结晶过程的流场分布和固体悬浮等情况,进而从流体动力学特征、过饱和度分布和晶体的粒度分布等特征参数来分析其对结晶过程的影响。模拟结果表明,进料流速和进料质量浓度均对过饱和度分布和晶体粒数密度分布具有明显的影响,而对流场分布情况影响不大。     

超宽板坯结晶器内流场和温度场的耦合数值模拟

以南钢3250超宽板坯结晶器为研究对象,基于商业软件FLUENT,建立了超宽板坯结晶器三维有限体积模型,对结晶器内钢液流动状况和传热行为进行了耦合数值模拟,研究了超宽板坯结晶器流场和温度场特征,考察了水口结构参数和结晶器宽度尺寸、水口倾角、水口插入深度、拉速、过热度及冷却强度对超宽板坯结晶器流场和温度场的影响,多组对比模拟计算结果表明,当浸入式水口出口倾角为15°,插入深度为120～150mm,拉速为1.2～1.4 m/min时,结晶器自由液面速度和湍动能分布以及注流冲击点深度均较为适宜,流场较为合理;同时结晶器内钢液的温度分布相对均匀,有利于坯壳的均匀形成.数值模拟结果可为优化南钢超宽板坯结晶器浸入式水口结构以及确定合理工艺参数提供理论依据.     

管式振荡流反应器的流动模式研究 (II)高振荡强度下的流动模型和模拟

根据高振荡强度下的粒子成像流场可视化实验结果,在分析振荡流场中漩涡结构特征的基础上,提出用带有二次流区的全混腔室和室间返混的多釜串联模型来表征高振荡强度下的管式振荡流反应器流动特性。根据停留时间分布实验结果,运用小生境遗传算法优化求解模型参数与振荡参数之间的定量关系。模拟计算表明,优化后的模型给出的停留时间分布曲线与实验结果吻合良好。     

管式振荡流反应器的流动模式研究(Ⅱ)高振荡强度下的流动模型和模拟

根据高振荡强度下的粒子成像流场可视化实验结果,在分析振荡流场中漩涡结构特征的基础上,提出用带有二次流区的全混腔室和室间返混的多釜串联模型来表征高振荡强度下的管式振荡流反应器流动特性.根据停留时间分布实验结果,运用小生境遗传算法优化求解模型参数与振荡参数之间的定量关系.模拟计算表明,优化后的模型给出的停留时间分布曲线与实验结果吻合良好.     

管式振荡流反应器的流动模式研究（）高振荡强度下的流动模型和模拟

根据高振荡强度下的粒子成像流场可视化实验结果，在分析振荡流场中漩涡结构特征的基础上，提出用带有二次流区的全混腔室和室间返混的多釜串联模型来表征高振荡强度下的管式振荡流反应器流动特性。根据停留时间分布实验结果，运用小生境遗传算法优化求解模型参数与振荡参数之间的定量关系。模拟计算表明，优化后的模型给出的停留时间分布曲线与实验结果吻合良好。     

晶体粒度相关生长条件下等温混合悬浮排料结晶器稳定性分析

应用Routh Hurwitz判据 ,研究了晶体粒度相关生长条件下等温混合悬浮混合排料 (MSMPR)结晶器的稳定性 ,并以结晶过程的物性参数、动力学参数以及操作参数为基础 ,确定了该过程的稳定性边界。通过四阶龙格 库塔法求解MSMPR结晶器的动态方程组 ,分析了结晶过程在稳定区域和持续振荡区域中的动态特性。     

对二甲苯晶体悬浮特性模拟与遗传算法优化

为明确对二甲苯在结晶器内部悬浮结晶时的流动与悬浮特性,采用欧拉-欧拉多相流模型及多重参考系模型,模拟研究了对二甲苯悬浮结晶过程,并分析了晶体粒径与搅拌桨转速等操作参数对晶体悬浮流动特性的影响.结果表明:晶体在结晶器内部进行内循环流动,其体积分数自下而上逐渐递减并趋于稳定;晶体分布情况与其粒径大小有关,粒径越小,分布越均...     

外环流气泡塔结晶器传递特性与结晶的研究

基于对气泡塔结晶器内弹状流传递特征与结晶分离机理的分析,提出一种新型气泡塔结晶器,即外环流气泡塔层式结晶器.以己内酰胺-环己酮物系为例,通过结晶实验,对其结晶效率、晶层纯度及弹状流参数等进行了研究,并与常规的Rutgers气泡塔结晶器进行了对比.在此基础上,分析了外环流气泡塔层式结晶器结晶分离和操作的原理.     

撞击流结晶器和传统结晶器中乙酰水杨酸结晶的研究

以乙酰水杨酸作为溶质和乙醇作为溶剂,在一定温度下,配置成过饱和溶液,在相同的参数条件(温度、搅拌速率和冷却温度等)结晶。通过晶体结构、X射线衍射图、粒径分布和结晶速率等分析,发现撞击流结晶器在传热、传质、微观混合性质和结晶性能方面都优于传统结晶,并且制得的晶体粒径小,分布更为均匀。     

撞击流反应器流场数值模拟及其混合性能优化

利用数值模拟方法分析多喷嘴对称撞击流反应器内部流场以优化反应器结构。研究不同喷嘴数和进料条件对撞击流反应器内速度场、湍流特性及混合效果的影响。结果表明,不同喷嘴数撞击流反应器内流速分布为双峰型,等流速工况下速度梯度随喷嘴数增加而减小,高剪切力分布范围随喷嘴数增加先增大后减小。通过分析湍流尺度分布发现小尺度涡旋主要集中在撞击区,而大尺度涡旋主要集中在发展区,且四喷嘴撞击流反应器平均剪切应力及涡旋尺寸梯度最大,四喷嘴结构更有利于增强流体湍动强度并强化混合。撞击流反应器内平均湍动能随喷嘴数增加先增大后减小,其中四喷嘴撞击流反应器内平均湍动能最大。当撞击流反应器为四喷嘴结构时,其混合效果最好,完全混合时间最短为22 s。在本研究工况内四喷嘴结构为撞击流反应器混合的最优结构。     

低雷诺数脉动流传热二次流关联性分析

为探究二次流与低雷诺数脉动流传热的关联性,以"二次流"现象为切入点,"涡及涡运动"为视角,对三角槽道水工质进行了传热实验研究。研究表明,伴有有序涡旋运动的"二次流"通过槽道内流体与主流流体之间的掺混影响热量输运,进而干涉对流换热效果;Strouhal数(St)主要影响涡旋运动路径,相对振幅(A)主要影响涡旋的强度及区域;二次流强度可以用于表征脉动流传热机理。热量输运过程的优化在于:通过调节脉动参数,控制流场中的涡旋运动,改善近壁区的热量装载效率以及主流区的热量输运路径。     

等温CMSMPR结晶器定态及瞬态特性分析(Ⅱ)分岔行为及瞬态特性

应用非线性方程组的延拓解法 ,对同时发生初级成核和二次成核的等温连续混合悬浮混合排料(CMSMPR)结晶器的定态方程组进行了求解 ,考察了结晶过程的定态在不同参数区域之间的分岔行为 ,确定了各参数区域内结晶过程的定态数目 ,并应用Routh -Hurwitz准则对各定态的稳定性进行了分析 .采用四阶Runge -Kutta法求解CMSMPR结晶器的动态方程组 ,分析了在多定态区域以及持续振荡区域中结晶过程的瞬态特性     

Fluent软件在化工设备模拟中的应用

Fluent软件是以流体力学为基础,用于研究过程流场的计算软件,目前在过程模拟领域中有较广泛的运用。旨对Fluent软件在常见化工设备中的模拟研究进展进行综述。Fluent软件在混合器的研究中,主要是模拟研究叶片、混合头等内部构件改变对流体流动过程的影响,由此开发出了一些混合效果良好的混合器;在换热器的研究中,主要对换热通道结构改变时的流场进行模拟,以分析优选出强化流体流动和传热特性的有效措施;在反应器的研究中,主要模拟反应器结构、器型及操作参数改变对反应器特性的影响,从而优化反应器;在结晶器的研究中,主要模拟不同结晶生长参数对结晶器流场、温度场和压力场的影响,为结晶器的优化提供了依据。在这些设备的研究中,应用Fluent软件不仅可加速过程的优化进程,而且能直观地分析过程的流体力学规律,因而在化工领域Fluent软件将会获得越来越多的应用。     

氯化钠在乙二醇溶液中结晶过程模拟

采用多相流与粒数衡算方程的耦合求解,利用ANSYS15.0来模拟乙二醇脱一价盐闪蒸罐中的结晶过程,得到晶体的粒度分布和结晶过程的过饱和度分布等参数。研究结果表明,流体在闪蒸罐内能够很好的流动,模拟能够得到晶体在闪蒸罐中生长、沉降的状况,模拟得到的晶体粒度分布与实验结果具有较好的一致性。通过选择适当的参数模拟,可以更好的对结晶过程进行分析,为优化乙二醇脱一价盐闪蒸罐结构和操作参数提供指导,节约实验成本。     

工业结晶过程的多相流与粒数衡算的CFD耦合求解

考虑不同尺寸的晶体为不同的分散相,通过有限体积法差分不同尺寸组的晶体求解粒数衡算方程,建立了质量衡算与粒数衡算之间的联系,在考虑晶体成核和生长的条件下,建立了稳态结晶过程的粒数衡算方程与多相流方程的耦合求解方法,得到了工业结晶过程的计算流体力学模拟模型。使用商业软件ANSYS CFD,采用该模型对DTB 型工业结晶器中氯化钾-水体系的结晶过程进行了模拟,最终获得不同尺寸晶体的流场和固体含量的分布信息,从而实现结晶过程的仿真模拟。对部分模拟结果与实验值进行了比较,结果表明模拟结果与实验结果吻合较好。     

幂律流体在Kenics型静态混合器中流动特性分析

为了探究Kenics型静态混合器内扭旋叶片剪切作用对幂律流体流动的影响,利用旋转流变仪测量了浓度为0.5wt%, 0.7wt%, 0.9wt%的羧甲基纤维素(CMC)水溶液的流变参数,采用数值模拟与实验研究了扭旋叶片作用下幂律流体流动阻力和剪切稀化特性。对流场研究表明,扭旋叶片诱导产生了内流涡旋、绕流涡旋和近壁面涡旋,有效强化了静态混合器内流体流动的剪切作用。受多个纵向涡旋分布的影响,扭旋叶片局域流场中周向45°位置速度最高,周向30°位置涡量与剪切应力最高而黏度最低。径向0.4倍半径位置速度最高,0.7倍半径位置黏度最高。静态混合器有效提高了流体的二次流流动速度和剪切应力,降低了幂律流体的黏度和流动阻力系数。     

紊流酸洗槽的数值仿真及酸洗影响参数分析

为了研究目前最先进的带钢酸洗方式紊流酸洗,采用RNGk-ε湍流模型模拟了紊流酸洗槽内的流场,分析了流量,槽内喷射方式、酸洗液的温度及槽内带钢运动速度对带钢表面湍流强度及努塞尔数分布的影响,并对各影响带钢表面流动和传热特性的参数做了比较分析.结果表明：入射流量及喷射角度主要影响酸槽入口区域带钢表面流态和努赛尔数分布,而其在酸槽内部的分布主要由带钢运动速度和酸液温度决定;加大带钢运动速度和入射流量、提高酸液温度、选择适当的高径比和入射角都能不同程度地提高带钢表面的紊动和传热效果.     

有序涡旋对三角槽道脉动流强化传热的影响

以水为工质对三角槽道内单相液体充分发展层流脉动传热特性进行了研究。应用粒子图像测速技术（PIV）测得流场内涡的变化规律,从“涡及涡运动”的角度揭示了“有序”的涡生长及迁移过程对脉动流强化传热的影响。此外,应用“场协同”理论,通过数值模拟深入分析了流场特性与传热之间的关系。研究发现,“有序”的涡生长及迁移过程,破坏了流体边界层,促进了近壁区热流场与速度场的协同,同时,强化了三角槽道内流体与主流区流体的掺混,热量输运能力提升;存在最佳的Strouhal数（St）,使得涡旋既能充分发展又能在较短时间脱落进入主流,实现最大效率的壁面换热;有序涡旋对速度场、温度梯度场以及压力梯度场三者协同性的改善是换热性能提升的关键。     

有序涡旋对三角槽道脉动流强化传热的影响

以水为工质对三角槽道内单相液体充分发展层流脉动传热特性进行了研究。应用粒子图像测速技术(PIV)测得流场内涡的变化规律,从"涡及涡运动"的角度揭示了"有序"的涡生长及迁移过程对脉动流强化传热的影响。此外,应用"场协同"理论,通过数值模拟深入分析了流场特性与传热之间的关系。研究发现,"有序"的涡生长及迁移过程,破坏了流体边界层,促进了近壁区热流场与速度场的协同,同时,强化了三角槽道内流体与主流区流体的掺混,热量输运能力提升;存在最佳的Strouhal数(St),使得涡旋既能充分发展又能在较短时间脱落进入主流,实现最大效率的壁面换热;有序涡旋对速度场、温度梯度场以及压力梯度场三者协同性的改善是换热性能提升的关键。     

以天然碱生产重质纯碱结晶设计

介绍了以天然碱为原料制取重质纯碱的结晶设计 ,重点分析了蒸发结晶器的形式、溶液的过饱和度、传热温差、循环型式和流速等因素对产品质量和系统的影响。该蒸发结晶器及蒸发结晶工艺对其它需要提高密度、粒度的产品的生产具有较为普遍的借鉴意义。