高效再生器内轴向颗粒浓度分布的数值计算

流化床中轴向颗粒浓度的分布形式与流动区域划分密切相关.本文根据能量最小多尺度(energy-minimization multiscale,EMMS)模型流动区域划分的相关原则,提出了高效再生器内噎塞及非噎塞状态下轴向颗粒浓度S形分布和指数形分布的计算方法,计算结果表明高效再生器内的颗粒浓度随表观气速的减小和固体循环速率的增加而增加,模型计算得到的床层平均颗粒浓度及轴向颗粒浓度分布均与工业测量数据吻合较好.     

鼓泡流化床流动特性的数值仿真和实验研究

研究鼓泡流化床传热效率优化问题,在不同的初始床层高度下,鼓泡流化床内气固两相流动特性和燃烧效率会发生明显的变化.为研究鼓泡流化床在不同的初始床层高度下的气固两相流动特性,为减少厂用电的消耗和炉膛内的磨损,提出建立脉动进口速度边界条件下的二维鼓泡流化床气固运动模型,对颗粒的流态化进行建模,采用Fluent仿真软件进行仿真.仿真结果和实验表明,随着初始床层高度的增加:气泡直径增大,气体泄漏率减小,床层压力分布基本不变,颗粒相速度增大,流动结构的非均匀性增强,炉膛内磨损增大.仿真结果为优化设计提供了依据.     

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。     

颗粒物性对水平气力输送管中颗粒浓度分布影响的数值模拟

在考虑气-固流体的双向耦合、颗粒与颗粒的碰撞、颗粒与壁面的碰撞以及滑移摩擦的基础上,对气体相湍动能采用修正的k-ε二方程模型,颗粒相湍动动能采用颗粒动力学方法,发展建立了水平气力输送的数学模型和相应的计算方法,数值研究了颗粒粒径和密度对悬浮颗粒的浓度分布的影响。结果发现在水平气力输送中,在颗粒湍动、颗粒自身重力、颗粒与颗粒的碰撞以及颗粒与壁面的碰撞的共同作用下,颗粒浓度分布不均匀,其垂向分布存在着两种不同的形态。颗粒粒径越小、密度越低,越容易出现Ⅰ型分布：即颗粒浓度呈现出从管底部到管上部会先由小变大,到某位置时达最大值,尔后又向小变化的趋势。     

基于DSM湍流模型的气固圆湍撞击流模拟

采用改进的DSM大涡模型模拟气相湍流流动,采用颗粒轨道模型模拟颗粒运动,在双向耦合气固湍流数理模型基础上,采用蒙特卡洛方法Tanaka模型进行颗粒碰撞计算,取得相同颗粒数量下不同粒径的固体颗粒随湍射流运动对气相射流的调制规律及颗粒弥散规律.结果 表明,较大粒径的颗粒加强了气流刚性,由于颗粒惯性较大,对冲碰撞使颗粒在碰撞滞止点聚集,使流场中颗粒相浓度分布不均;中等粒径的颗粒对气相耗散较小,颗粒受到离心力主导影响,碰撞后仍沿涡的外围扩散;较小粒径的颗粒对气相耗散严重,颗粒跟随性好,大多聚集在涡核内,碰撞后仍随气体向外扩散,在流场中分布均匀.     

惰气驱替不同粒径煤体中氧气的实验研究

为揭示不同惰气预防煤自燃的效果及阻燃规律,通过开展惰气等温动态驱替不同粒径煤体中氧气实验,分析了He,N_2,CO_2驱替出氧气浓度、驱替时间、驱替量及驱替速率等表征驱替过程的参数。实验结果表明:(1)惰气驱替出的氧气浓度变化可划分为3个阶段。首先,惰气驱替出的是气体检测仪内管路中的氧气,体积分数为21%左右;然后,惰气驱替出煤样罐中游离态和部分吸附态氧气,氧气浓度保持平稳;最后,惰气已经全部驱替出煤样罐中游离态氧气,氧气浓度呈负指数变化。(2)不同惰气驱替煤体中氧气的时间总体上随着粒径增大而下降;CO_2驱替氧气的总时间最长,He次之,N_2最短。(3)对于同一粒径,氧气驱替量呈现出明显的拐点,拐点出现前氧气驱替量基本上呈线性增加,拐点出现后氧气驱替量随时间增加缓慢增加并最终保持平稳;不同惰气作用下氧气累计驱替量均随着粒径增大而减少,CO_2对氧气的累计驱替量最大,He次之,N_2最小。(4)不同惰气作用下氧气驱替速率均呈先紊乱后稳定下降的特征,其中CO_2驱替氧气的速率紊乱阶段尤为明显;在氧气驱替速率稳定下降阶段,同一时间内氧气驱替速率随着粒径增大基本上呈减小趋势。     

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。     

浅析聚乙烯生产装置中流化床反应器

在聚乙烯化工生产过程中,流化床反应器是聚乙烯流化床反应系统中的核心设备。流化床反应器是一种利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状态,并进行气固相反应过程或液固相反应过程的反应器。     

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。     

空气氧化法制备氧化铁黄晶种的工艺条件研究

通过考察汽液固三相反应器内由Fe(OH)_2制备氧化铁黄晶种的工艺条件,对影响氧化铁黄晶种生成速率的因素进行了研究和探讨,并对实验数据进行拟合得出实验范围内各因素对平均反应速率影响的关系式。结果表明,常温下,在三相反应器内,增加空气流量、液相流量、原料液浓度及反应压力,降低Fe(OH)2胶体颗粒粒径,均有利于氧化铁黄晶种的生成。实验获得的拟合参数对今后氧化铁黄颜料工艺条件的优化和反应器的设计具有一定的指导意义。     

一种新型下行管入口结构流体力学性能的数值模拟

提出了一种新型下行管入口结构,并采用计算流体力学对这种下行管入口结构的流体动力学进行数值模拟。对气固两相流采用双流体模型,其中采用颗粒动理学模型描述固相粘度和固相压力。模拟结果表明新型下行管入口区相对周围其它区域为负压区,气固初始接触区的流体被抽吸进入下行管。下行管入口段颗粒浓度在径向上的分布呈中心高、边壁低的分布,随着轴向位置的增加,颗粒逐渐向边壁方向扩散,使得颗粒浓度在径向上分布趋向均匀。气固初始接触区颗粒浓度相对较高。颗粒在下行管中运动历程可分为三个阶段：加速段、减速段和恒速段,这与气固并流接触入口结构的颗粒运动历程不同。     

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。     

单颗粒载氧体化学链燃烧反应性能数值分析

旨在利用实验室条件下在流化床中的颗粒粒径、孔隙率以及还原反应动力学典型数据模拟单个载氧体颗粒的反应过程。采用一种较为通用的均质模型与收缩核模型结合的气-固反应模型,模拟分析多孔载氧体颗粒(CuO/Al2O3)与合成气(H2/CO)的非催化反应,并考虑了还原反应动力学、颗粒内外部传质以及传热的影响。在非稳态情况下,得到典型球形载氧体颗粒内部反应物浓度沿粒径分布,以及不同因素对反应速率的影响。结果表明,孔隙率、颗粒粒径以及反应动力学参数都对还原反应有较大影响,该研究为载氧体设计优化以及反应器设计提供基本指导。     

基于线列阵传感器的射流冲击试验含气率分布研究

射流冲击是一种气-液两相流现象,既可作为一种除盐水混合硼酸的有效方法,也可用于研究压水堆（PWR）的承压热冲击（PTS）事故现象。当液体射流撞击水面时,发生气体夹带现象,并产生气泡,气泡夹带对混合过程起到关键的影响作用。研究了不同射流高度和流速下的含气率分布,设计了一种新型三层可移动线列阵传感器（WMS）测量瞬时二维局部空隙率,具有较高的空间分辨率（3 mm）和极高的时间分辨率（2500 Hz）,基于线列阵传感器测量的原始数据,获得了射流冲击中气体夹带的含气率分布,对比分析了不同射流高度和流速下的平均含气率分布。     

结晶釜直径对SAS成粒过程影响的CFD研究

为探讨结晶釜直径对SAS(超临界抗溶剂法)过程的影响规律,并确定适宜的结晶釜直径,本文采用计算流体力学(CFD)方法,选用Realizableκ-ε湍动模型对SAS喷射过程建立模型。结晶釜高度为L=190 mm,考察了直径分别为40 mm、30 mm、20 rnm和15 mm时釜内流体迹线、溶剂浓度分布、有效扩散因子分布及湍动强度分布变化规律,尤其是喷嘴出口附近溶液射流区内的流场变化状况。结果表明,随着结晶釜直径的减小,釜内漩涡区逐渐向釜顶缩小,有利于避免釜内颗粒间碰撞造成的粘结;釜内溶剂浓度逐渐减小,而有效扩散因子分布及湍动强度的绝对值逐渐增大但分布范围逐渐向釜顶缩小:喷嘴出口附近溶液射流区内的有效扩散因子与湍动强度逐渐增大,有利于提高成核速率而减小颗粒粒径。较小直径的结晶釜,还会降低流体在釜内的停留时间,减少颗粒生长时间而利于减小颗粒粒径,因此选择小直径结晶釜对SAS过程有利。本文通过CFD模拟研究,揭示了SAS结晶釜直径对SAS成粒过程的影响规律,对SAS结晶釜的优化设计具有一定的理论指导。     

天然气水合物绞吸式开采软管内颗粒分布分析

研究深海天然气水合物绞吸式开采系统问题,针对水力输送过程的软管内颗粒分布特性分析,通过颗粒分布来选取有利于水力输送的参数和最优方案,为解决上述问题,采用计算流体力学的方法对不同工况下的参数进行数值仿真和分析.仿真结果表明:浆体流速越大、矿物密度越小(颗粒分布越均匀)、颗粒径越小越有利于水力输送;体积浓度增大,管道垂直和转角部分颗粒浓度相应增大而分布范围不变,水平部分颗粒分布范围增大而浓度不变,体积浓度高对系统利用率和输送效率有利.     

内循环泡沫浮选动力学过程的建模研究

泡沫浮选法具有分离效果好、操作简单等优点,近年来广泛应用于工业领域中。然而目前常规泡沫浮选塔存在夹带率高、分离效率低等缺点,也缺乏合理的动力学数学模型对其分离效果进行预测。在内循环泡沫浮选塔中,间歇分离条件下,首先对浮选分离动力学过程进行分析,选取6个取样高度点,拟合建立数学模型。研究结果表明,吸附过程符合颗粒内扩散模型,泡沫上吸附的铬离子的量与时间的平方根呈线性关系;pH值的变化对铬离子吸附影响较大;塔轴向浓度分布数学模型与实验值较为吻合,对分离效率分析和进一步的操作优化研究具有一定的实际意义。     

双流化床全场气固流动的数值模拟研究

以自行设计的双流化床装置为研究对象.以欧拉双流体模型为基础,采用FLUENT软件对双流化床装置的全场气固流动特性进行数值模拟探究.分析了燃烧炉的流化风量对其内部颗粒分布与运行情况的影响.认为随着燃烧炉底部流化风量的增加,燃烧炉内整体颗粒浓度逐渐降低,靠近出口位置的颗粒上行速度增加.     

平板气升环流式光生物反应器中气泡特性的图像法分析

气泡特性是影响气升式反应器混合、传质性能的重要参数。本文通过在MATLAB环境下编程,对采集到的气泡图像经过图像二值化、孔洞填充、气泡分割等处理,考察了不同表观气速下平板气升环流式光生物反应器内的气泡特性。研究结果表明,图像法与体积膨胀法测得的气含率结果相吻合,验证了图像处理技术测量气含率的可行性。此外,图像法还可以获得反应器内气泡的详细特征(如气泡形状、大小、分布及气液相界面积等)。通过对图像中所有气泡进行统计分析,获得了反应器中气泡的平均直径随表观气速和高度变化的规律。