复合鼓泡床洗涤冷却室中液滴夹带统计模型

设计了一种由喷淋床和鼓泡床组成的复合床作为气流床气化炉内的洗涤冷却室,并对此新型洗涤冷却室的气体带水问题进行了实验研究,同时用液滴统计法对液滴夹带量进行了数值模拟,模拟结果与实验值吻合较好。研究结果表明,洗涤冷却室内液滴夹带量主要与气液分离空间高度、气速及静态液位等密切相关,带水量随着气速、静态液位的增大而增大,随着分离空间的减小而增大。     

液相性质对新型洗涤冷却室内液滴夹带的影响

采用等速取样法对床层气液鼓泡区上方分离空间的液滴夹带进行了实验测定,研究了液相性质对液滴夹带的影响. 结果表明,同一静态液位下,随气速增加,气液分离空间高度逐渐减小,液滴夹带量增大;出口处液滴夹带量E在径向上总体变化不大,贴近壁面处偏小,主要受气体出口处气体回流流动的影响;液滴夹带量随液相物质表面张力减小而增大,随液体粘度增大而增大,表面张力从72.8 mN/m减小到25.8 mN/m液滴夹带量增大2.5倍,液体粘度从1 mPa×s增加到2.3 mPa×s液滴夹带量增大1倍. 液体物性对液滴夹带量的影响较显著,由此建立了液滴夹带量与物性参数的经验关联式,为改善洗涤冷却室内部结构提供了理论依据.     

同心圈式超重力旋转床液泛模型

同心圈式超重力旋转床是一种新型超重力旋转床。液泛是超重力旋转床流体力学的重要特征。同心圈式超重力旋转床液体分布器和转子内缘之间的环形空间内的液滴被气体夹带,液滴受到离心力和气体曳力的作用,通过建立微分方程可获得液滴径向速度为零时的液滴运动径向距离。当该径向距离小于环形空间的径向距离,此时产生雾沫夹带液泛。由此建立同心圈式超重力旋转床雾沫夹带液泛模型。实验以空气和水为物系,测定了转子直径为1000 mm、高度为100 mm的同心圈式超重力旋转床在不同转速和表观液速下气体进口和出口之间的气相压降随表观气速的变化。气相压降随表观气速的增大先缓慢增大后快速增大。用表观气速对气相压降求导和目测旋转床中心气体出口处出现大量液体被气体夹带来确定液泛点气速。通过液泛点气速求得雾沫夹带液泛模型的系数k,并对该系数k进行关联。该雾沫夹带液泛模型的计算值和实验值吻合很好,平均偏差为3.1%。该模型优于Sherwood液泛模型,对同心圈式超重力旋转床的工业应用提供了必要的设计依据。     

新型洗涤冷却室内气液两相的分布特性

采用双头电导探针法对新型洗涤冷却室环隙鼓泡床内气液两相的局部气含率、气泡直径等分布规律进行了实验研究,并用Fluent商业软件对床层内气含率分布进行了模拟计算,模拟结果与实验结果吻合较好。研究结果表明：新型洗涤冷却室内部构件对环隙鼓泡床内气液两相的分布特性影响显著,气相分布更加均匀,液面波动更趋平稳,有效地减少了气体带水问题,相比国外技术具有更好的操作弹性。     

洗涤冷却室气液两相流的模拟及结构优化

洗涤冷却室是激冷式煤气化炉的重要组成部分,对气化室内生成的高温合成气进行降温及洗涤。目前的洗涤冷却室在工业上依然存在诸多问题,如液位及压力波动较大、装置运行不稳定、洗涤效率不够高等,需要对其结构进行优化改进。采用三维欧拉-欧拉模型对三种不同结构的洗涤冷却室进行了CFD模拟。三种洗涤冷却室的结构分别为无内构件、含有支管内构件及新型耦合支管与导流筒内构件。与文献实验数据的对比表明,模型能较准确地预测洗涤冷却室内的气含率分布。支管的加入分流了部分气量,使部分气体能够从鼓泡区域中心上升,促进了气体的径向扩散,有助于维持装置的稳定运行;而导流筒内构件的加入增大了支管气体分流的比例,提升了洗涤冷却室液面下的全局气含率,增强了气液回流,从而进一步强化洗涤效果。     

池式夹带实验及数值模拟

在总高1.633m,内径0.35m的不锈钢容器内对空气-水两相进行池式夹带实验研究,并采用VOF法对容器内气液两相流动行为及夹带率进行模拟。依据实验和模拟结果,定量定性分析了气相空间高度和气速对夹带率的影响。随气相空间的增加,夹带率迅速下降并趋于稳定;随气速的增加,夹带率呈现出局部波动、整体上升的复杂规律。分析表明,气相空间高度在决定液体是否会被夹带出容器起着重要的作用,气速对气液界面处形成液滴的尺寸影响较大,较大气速时产生二次夹带使夹带率上升。     

液相黏度对筛板塔流体力学性能影响的研究

以空气-水、空气-甘油水溶液为物系,实验研究了黏度对筛板塔流体力学性能的影响.根据板压降、泡沫层高度、泡沫层平均气含率、雾沫夹带随气体流量变化的趋势,得出如下结论在相同的气速下,随着黏度增加,塔板压降降低,泡沫层高度降低;距测试筛板同一高度的雾沫夹带量随气量的增大而增加,随黏度增大而降低;雾沫分离空间相同时,雾沫夹带量随黏度增加而增大.根据实验数据还得出了不同气速下泡沫层平均气含率与气体空塔动能因子F的实验数据关联式.     

池式夹带过程实验研究

在内径为0.35 m、总高为1.633 m的不锈钢容器内对空气-水系统进行了夹带实验研究,依据实验结果定量分析了表观气速和气相空间高度对夹带率的影响。夹带率随气速的增加呈现出局部波动、整体上升的复杂规律。低气速阶段,液滴夹带数量和粒径增加的同时,大颗粒液滴因重力作用的回落也很显著,从而导致夹带率下降,但在气流夹带作用大于重力效应后夹带率又开始回升;随气速进一步增大,液滴在容器壁面的粘附又导致夹带率短暂下降,但随后的二次夹带又导致夹带率再次上升。随气相空间的增加,夹带率迅速下降并趋于稳定;其中气相空间低时,大液滴对夹带贡献较多,因此夹带率大;气相空间较高时,微小液滴对夹带贡献较大,夹带率趋于稳定。最后,从设计应用出发,依据本文新的实验数据并综合文献实验数据,建立了池式夹带的预测模型。     

导向管喷动流化床的喷动气旁路分率

在内径为182 mm的喷动流化床中安装内径80 mm的导向管,以平均粒径为2.2 mm的尿素颗粒为物料,对喷动气旁路特性进行了实验研究,分别考察了夹带区高度、导向管长度、喷嘴内径、床层高度、喷动气速和流化气速对喷动气旁路分率的影响,结果表明随着喷动气速的增大,喷动气体旁路分率先增后减。导向管安装高度越高,气体旁路分率越大。床层高度增大喷动气体旁路分率略有降低。而喷嘴直径小于50 mm时气体旁路分率随喷嘴直径增大而提高,在大于50 mm时气体旁路分率随喷嘴直径增大维持不变。当气速较小时,导向管高度增大会引起气体旁路分率增大,引入少量流化气能有效地抑制喷动气旁路。     

气液逆流接触过程及液滴夹带特性

为了探究喷淋塔内气液逆流接触流动特点及液滴夹带特性,采用激光粒度仪及湿法等动取样对实验模型内液滴粒径分布及含液率进行测量,并结合高速摄影技术对喷淋液层气液两相流动特性进行跟踪拍摄。结果表明:根据气液逆流接触特点可将液层流动分为波动区、破碎区及夹带区;截面气速及液相体积流量的增大使得气液间作用力增强,夹带液滴粒径减小;由于碰撞作用双层喷淋下夹带液滴粒径相对于单层喷淋下较小;液滴在上行过程中运动复杂且多变,液滴的不规则运动及气相流场的复杂性是造成夹带区内液滴粒径分布波动的主要原因;定量得出气液逆流接触过程受气相夹带液滴粒径分布范围,研究结果可为喷淋塔内传质及传热过程提供参考,同时可为除雾器的开发提供设计依据。