Determination of holdup by air purge in φ50 mm discs and doughnuts pulsed extraction column

在柱径为50 mm的折流板脉冲萃取柱中,首先利用吹气法研究了硝酸水溶液和30％TRPO-煤油水溶液体系的单相流时均摩擦压降Δp_f特性.实验结果表明当A′ω≠0,且u_c＝0时,Δp_f可以忽略;而当Aω＝0时,Δp_f与u_c满足Noh模型的线性关系.在Noh模型的基础上,给出了计算Aω≠0时单相流时均摩擦压降的模型,实验结果与模型预测相一致.在单相流摩擦压降的基础上,又研究了连续相分别为硝酸溶液和30％TRPO-煤油溶液体系的两相流时均摩擦压降Δp_f特征.实验结果表明：两相流时均摩擦压降Δp_f可用于计算分散相存留分数,其近似由连续相所对应的Noh单相流模型求得,并可用于折流板脉冲萃取柱分散相存留分数的确定.     

50mm折流板脉冲萃取柱吹气法测量存留分数

在柱径为50mm的折流板脉冲萃取柱中,首先利用吹气法研究了硝酸水溶液和30%TRPO煤油水溶液体系的单相流时均摩擦压降Δpf特性.实验结果表明当A′ω≠0,且uc=0时,Δpf可以忽略;而当A′ω=0时,Δpf与uc满足Noh模型的线性关系.在Noh模型的基础上,给出了计算A′ω≠0时单相流时均摩擦压降的模型,实验结果与模型预测相一致.在单相流摩擦压降的基础上,又研究了连续相分别为硝酸溶液和30%TRPO煤油溶液体系的两相流时均摩擦压降Δpf特征.实验结果表明:两相流时均摩擦压降Δpf可用于计算分散相存留分数,其近似由连续相所对应的Noh单相流模型求得,并可用于折流板脉冲萃取柱分散相存留分数的确定.     

φ50折流板脉冲萃取柱水力学性能

以30％TRPO煤油溶液和1 mol·L^-1硝酸溶液为体系,在φ50折流板脉冲萃取柱中考察了折流板脉冲萃取柱的操作参数（脉冲振幅、脉冲频率、流速和流比）和结构参数（开孔率和板间距）对其水力学性能（液泛通量、液泛存留分数和正常操作时分散相存留分数）的影响.结果表明：在乳化操作区,液泛通量随着开孔率增加、脉冲强度和流比的减小而增大,与板间距无关;根据液泛存留分数的结果,给出了最优开孔率为23％;此时正常操作时分散相存留分数与连续相的流速、流比和脉冲振幅呈正比,而与脉冲频率无关,浸润性的影响造成了板间距对以硝酸溶液和30%TRPO煤油溶液为连续相时的分散相存留分数影响规律不同.     

ø50折流板脉冲萃取柱水力学性能

以30%TRPO煤油溶液和1 mol·L-1硝酸溶液为体系,在ø50折流板脉冲萃取柱中考察了折流板脉冲萃取柱的操作参数(脉冲振幅、脉冲频率、流速和流比)和结构参数(开孔率和板间距)对其水力学性能(液泛通量、液泛存留分数和正常操作时分散相存留分数)的影响.结果表明在乳化操作区,液泛通量随着开孔率增加、脉冲强度和流比的减小而增大,与板间距无关;根据液泛存留分数的结果,给出了最优开孔率为23%;此时正常操作时分散相存留分数与连续相的流速、流比和脉冲振幅呈正比,而与脉冲频率无关,浸润性的影响造成了板间距对以硝酸溶液和30%TRPO煤油溶液为连续相时的分散相存留分数影响规律不同.     

折流板脉冲萃取柱水力学性能研究

以体积分数30%三烷基氧膦(TRPO)煤油溶液和1 mol/L硝酸溶液为体系,在100 mm折流板脉冲萃取柱中考察了折流板脉冲萃取柱的操作参数(脉冲振幅、脉冲频率、流速和流比)和结构参数(板间距)对其水力学性能(液泛通量、液泛存留分数和正常操作时分散相存留分数)的影响。实验研究表明:液泛通量随着脉冲强度的减小而增大,与流比和板间距无关,并给出其关联式;操作参数和柱结构参数对液泛存留分数的影响均可忽略;正常操作时分散相存留分数与连续相的流速、流比成正比关系,而与脉冲频率无关,并随板间距和脉冲振幅的增大而增大,并给出了分散相存留分数的经验关联式。     

折流板脉冲萃取柱的结构参数对孔收缩因子的影响

利用吹气法研究了折流板脉冲萃取柱的结构参数（板间距、柱径和板开孔率）对预测摩擦压降模型中孔收缩因子Co的影响。研究结果表明：当实验体系为硝酸溶液时,Co值随柱径、板间距和板开孔率的增加而减小;当实验体系为30％三烷基氧膦-煤油溶液且柱径不大于0．05m时,Co值与脉冲雷诺数ReAf和板开孔率有关,与板间距无关,而当柱径为0．1m时,Co值与板间距和板开孔率有关,而与操作参数ReAf无关。     

脉冲筛板萃取塔CFD-PBM模型研究

脉冲筛板萃取塔是核工业等领域中最常用的萃取设备之一，为深入了解脉冲筛板萃取塔中两相流行为规律，使用CFD-PBM模型对脉冲筛板萃取塔中由有机相(30%TBP-正十二烷)、水相(HNO₃水溶液)组成的体系进行两相流过程模拟分析，模拟结果与实验数据吻合较好，分散相存留分数和Sauter平均液滴直径的相对偏差仅为8.28%和5.54%；随脉冲速度增加，Sauter平均液滴直径减小，液滴直径分布更均匀，分散相存留分数增加，特性速度减小；两相表观速度对液滴直径影响较小，分散相表观流速增加有利于提高分散相存留分数，而连续相表观流速影响不大；发生液泛时分散相液泛表观速度随连续相液泛表观速度增大而减小，随脉冲速度增加液泛通量先增后减，存在极值。     

新型脉冲萃取塔存留分数与特性速度

为测试锥形穿流塔板的性能,在内径为75mm的脉冲萃取塔中,以煤油-水和10%磷酸三丁酯/煤油-水为实验体系,在无传质条件下,研究脉冲强度与两相表观流速对分散相存留分数和特性速度的影响。结果表明,在实验范围内,存留分数与分散相流速近似成正比,与连续相流速无关。而随着脉冲强度的增大,存留分数先减小,当脉冲强度达到临界值(Af)_t后,存留分数迅速增大。将此临界值与脉冲筛板塔临界值进行对比,两种体系分别减小约9.7%和41.4%,此外,特性速度随着脉冲强度的增大而减小,且界面张力较低的体系减小幅度更大。在实验结果分析的基础上,利用量纲分析方法得到了存留分数与特性速度的工程经验关联式,预测值与实验值符合较好,相对误差均小于20%,可以应用于脉冲萃取塔的设计计算。     

氯盐体系硝酸/盐酸脉冲萃取分离装置水力学研究

硝酸-氯化钾直接法可低成本制备熔盐级硝酸钾,溶剂萃取分离氯盐溶液中的硝酸和盐酸是关键步骤之一。研究了处理H⁺/K⁺/Cl^-/H₂O-磷酸三丁酯/磺化煤油体系脉冲筛板萃取塔的水力学性能,结果表明分散相液滴直径随脉冲强度的增大而减小,与两相表观流速无关;存留分数随脉冲强度的增大呈现先减小后增大的趋势,随两相表观流速的增大而增大。拟合得到了液滴直径与存留分数的Kumar-Hartland关联式,两者计算值和实验值的平均相对偏差（AARD）分别为4.74%与5.60%。     

起伏振动倾斜上升管气液两相流摩擦阻力分析与计算

起伏振动下气液两相流摩擦压降的准确计算对海洋核动力的发展有重要意义。实验研究了不同振动和流动工况下30°倾斜上升管气液两相流摩擦压降的变化规律。结果表明,起伏振动下摩擦压降波动幅度和平均值显著增大。与静止状态相比,起伏振动下摩擦压降的多尺度熵值除泡状流外明显增大,且呈现大幅振荡现象,流动不稳定性更加显著。静止状态摩擦压降模型计算结果与实验值误差较大,现有模型对于起伏振动状态不适用。分析流动和振动参数对摩擦阻力系数的影响,发现其与均相雷诺数成反比,与振动幅值以及频率成正比。以大量实验数据为基础,建立了适用于起伏振动状态的摩擦阻力系数计算关系式,计算与实验结果吻合较好。     

梅花形孔板换热器壳程流动与换热特性模拟

换热器是化工生产的重要设备之一,为了解决传统的弓形折流板换热器存在压降过大和换热效率低的问题,设计了一种新型的梅花形孔板换热器。针对使用简化模型进行模拟研究的局限性,构建了梅花形孔板换热器壳程全三维模型。采用CFX模拟比较了梅花形孔板换热器与弓形折流板换热器壳程的流动换热特性,并进一步研究了孔板间距与换热器性能的相关性,得到了换热管外表面平均对流换热系数h,以及壳程压降Δp随雷诺数Re变化的规律。研究结果表明:梅花形孔板换热器可以有效消除折流板换热器中存在的流动死区并减少壳程压降,同时孔板处流体形成射流破坏流动边界层,强化换热。在模拟雷诺数范围内,孔板换热器的综合性能参数h/Δp相比折流板换热器平均高约12%;相同雷诺数下孔板间距越大换热器综合性能越高。     

自然循环窄矩形通道内过冷沸腾两相摩擦阻力特性

采用去离子水作为实验工质,在低压低流速自然循环工况下开展了单面加热可视化窄矩形通道内的过冷沸腾摩擦阻力特性实验研究。实验中测量了实验段内的压降数据,并通过高速摄影仪拍摄了窄矩形通道内的气液两相图像,提出了过冷沸腾条件下的两相摩擦压降的剥离计算方法。基于本实验中获得摩擦压降数据,对分别基于均相流模型和分液相模型的经典两相摩擦压降计算关系式进行了评估,实验结果表明：采用不同等效黏度计算方法的均相流模型计算结果比实验值明显偏小;而分相流模型中,Sun and Mishiba关系式和Tran关系式均能够较好地预测摩擦阻力,计算值与实验值的平均相对偏差在±15%以内。结合实验数据,以分相流模型方法为基础,考虑全液相Reynolds数、Martinelli参数和Laplace数的影响,获得了计算分液相折算系数的经验关系式,与实验数据符合较好, 平均相对误差在10%范围内。     

螺旋折流板换热器壳侧结构改进及模拟研究

改进了螺旋折流板换热器的结构,在常规结构的壳侧增加环形挡板。采用雷诺应力湍流模型,运用Fluent软件对螺旋折流板倾角为35°及其改进后的螺旋折流板换热器的流动与传热性能进行了数值模拟。模拟结果验证了RSM模型的可靠性,同时得出在低流量时,改进后的换热效果不如常规结构时的换热效果;而在壳程流体高流速的情况下,改进后换热器的压力降虽然增大,但总传热系数K和单位压降下的总传热系数K/Δp均得到提高,且流量越大,这种提高幅度越明显。     

螺旋折流板换热器管程强化传热行为的对比研究

选用25℃水和125℃煤油分别作为冷热流体,采用FLUENT软件的标准湍流模型对螺旋折流板换热器进行三维数值模拟仿真,对比研究了普通直管、波纹管和螺纹管流场内温度场,速度矢量场以及压力场。随着流速增大,三种管束类型的管程强化的换热量及进出口压降均升高,螺纹管不但增强了管程强化的传热效率,而且弥补了波纹管压降过大的弊端。当进出口流速均为2 m/s时,相比于普通直管,波纹管的换热量提高了12%,螺纹管提高了14%,但螺纹管的压降相比于波纹管降低了16%。     

5mm微肋管内R404A流动沸腾压降特性

为了给冷链用换热器小管径的可行性提供理论支持，对R404A制冷剂在5mm微肋管内流动沸腾压降特性进行了实验研究。实验工况为：饱和温度为0℃、热通量为5～25kW/m²、质量流速为200～500kg/(m²·s)、干度为0.1～0.9。研究结果表明：质量流速的提高不仅会增大摩擦压降，同时使摩擦压降随干度变化的趋势提前转变；摩擦压降受热通量的影响较小，在0.1～0.7的干度区间，摩擦压降不随热通量的增大而改变，热通量仅会使摩擦压降的拐点提前出现；与光滑管相比，微肋管内的两相流动摩擦压降较高，增大质量流速会提高摩擦压降的增量，当干度值为0.4时，增量出现极值，随后增量逐渐上升。本实验研究的数据与理论预测模型的对比显示：修正后的Kim模型能够较佳的预测本实验数据，绝对平均偏差11.54%，偏差幅度±30%以内的数据多达85.23%。     

折流板间距对换热器性能影响的数值研究

采用CFD数值模拟方法,研究了简化模型下弓形折流板和螺旋折流板换热器,对应于不同间距/螺距时,流动参量的变化对换热器整体流动与传热性能的影响。结果表明,两种结构对应的壳程压力损失和换热系数均随壳程流量的增加而增大,而螺旋折流板结构单位压降下换热系数大于弓形折流板,并且其性能受折流板螺距变化的影响较小,体现了螺旋折流板结构的优越性。计算结果与现有实验结论吻合较好。     

基于Aspen Plus的煤粉高压气力输送压降研究

为研究煤粉高压气力输送的管道压降,对Aspen plus中气力输送模型的原理及应用进行了详细介绍,首先用Aspen Plus对纯气相压降进行了模拟计算,回归出气相摩擦因子,气相压降模拟值与实测值误差在10%以内,然后在气相压降计算准确的基础上,对DN10 mm、DN15 mm及DN25 mm三种不同管径的气固两相流压降进行模拟计算,回归出颗粒摩擦系数,气/固两相压降的模拟值与实测值误差在30%以内,最后对输送压力(g)为7 MPa的超高压气/固两相流压降进行了预测分析。     

跨临界CO2在短管内的非平衡流动特性

建立了跨临界CO₂在短管内流动的两流体模型和均相流模型.两流体模型考虑了汽液两相间的速度滑移和温度差异,而均相流模型则认为汽液两相的速度和温度相同.分别用两种模型进行了计算,并与实验数据进行了对比.结果表明：两流体模型90%的流量计算值与实验值偏差在±20%以内,并能合理预测压力的沿程分布;均相流模型对流量的预测结果与两流体模型接近,并未因忽略非平衡特性而严重偏低.另外,汽液两相温度差异和速度滑移的分布计算结果也证实了短管内跨临界CO₂流动的非平衡性并不显著.本文从理论上对此现象进行了解释.     

Kühni萃取柱连续相返混特性的研究

在直径72.45mm的K(?)hni萃取柱中,以甲基异丁基酮/H_2O为实验体系,用返流模型和稳态示踪技术,研究了连续相的返混.结果表明,随着涡轮转速增大,返混系数呈线性增大;在较低的转速下,分散相流速对返混影响不明显,随着流速增大,返混稍有减小;而随着连续相流速增大,返混明显减小.本文给出了连续相返混系数的经验关联式.     

基于流型的R290水平管内流动沸腾压降实验研究

丙烷(R290)作为一种性能优异的自然制冷剂,其两相流动压降特性在换热器设计及制冷系统优化等方面起到重要作用,而且目前对于低质量流率以及低饱和压力条件下的压降分析相对较少,且仅有少数研究结合流型进行分析。因此,开展了R290在内径6 mm的水平光管内压降特性实验研究。在如下实验工况范围内,质量流率70~190 kg·m^-2·s^-1,热通量10.6~73.0 kW·m^-2,饱和压力0.215~0.415 MPa,干度0~1,获取了压降实验数据,并进一步基于实验工况以及流型分析了加速压降、两相摩擦压降的变化趋势。对比了现有的摩擦压降关联式并基于Friedel模型,使用Re_v/Re_l 和液相Froude数Fr表征气液相相互作用,获取了一个新的基于流型的两相摩擦压降关联式。新模型可以很好地预测R290实验数据,预测结果的平均相对偏差(ARD)为-0.2%,平均绝对相对偏差(AARD)为5.2%,λ_30%为97.9%。对比文献中的实验数据,10组数据预测结果的ARD为10.0%,AARD为19.3%,λ_30%为80.3%,由此可见新模型具有一定的预测精度和适用性。