双通道喷嘴渣油气化过程(Ⅰ)冷模实验

基于对3套8.53MPa双通道喷嘴渣油气化装置普遍存在的工程现象的思考,组织了模型气化炉冷态试验。测试了3种模型在6种射流速度下的停留时间分布,7种模型在2种射流速度下的速度分布。给出了停留时间分布密度函数、无因次半速度半径轴向增长、径向射流最大速度轴向衰减和径向速度分布计算公式。     

喷嘴射流在气固提升管内的扩散和混合行为

为获得不同形式射流在提升管内的扩散特征和气固混合行为,利用气体示踪技术,在大型提升管冷模实验装置中考察向上和向下倾斜两种射流的影响。通过引入射流特征浓度获得射流相在提升管内的分布特征,通过计算停留时间方差获得提升管内射流的局部停留时间分布特征,根据停留时间方差与操作条件及轴向高度的拟合结果计算射流影响区高度。结果表明,斜向下的射流进入提升管后沿径向分布更均匀,且可使混合流体在较短的距离内实现由近似“全混流”到近似“平推流”的过渡,与斜向上的射流相比,向下倾斜的射流可缩短射流混合区高度约50%。     

顶置单喷嘴气化炉旋流场特征研究

受限旋转射流流场特征的研究对顶置单喷嘴气化炉的开发、结构优化以及长周期稳定运行有重要意义。本文对不同旋流数下顶置单喷嘴气化炉内的速度场和停留时间分布进行了实验研究。结果表明：随着旋流数的增加,切向旋转速度显著增加,气化炉内轴向速度衰减加快,回流区减小;气量一定时,随着旋流数的增加,气化炉内气体的最短停留时间显著增加,停留时间标准差减小。     

气化炉停留时间分布的数学模型

本文给出了高径比、筒体出口通道面积各异的模型气化炉在不同射流速度时的冷态停留时间分布测试结果,提出了无因次停留时间分布密度函数的数学模型及参数估计值。     

不同形状喷嘴的射流流动与卷吸特性

在不同雷诺数下,基于ANSYS Fluent 6.3软件对圆、椭圆、正方、十字、三角5种形状喷嘴的射流卷吸特性进行数值模拟,分析了轴向射流时均速度分布. 结果表明,三角形喷嘴的射流轴向最大时均速度最大,不同形状喷嘴的射流轴向最大时均速度均随轴向位置增大呈幂函数关系衰减;射流穿透深度与雷诺数和弗劳德准数存在多元线性关系;随轴向位置增大,射流横截面形状由初始段内喷嘴形状逐渐向圆形转化并最终扩展为圆形边界;射流轴线速度半值宽随轴向位置增加呈线性增大趋势,三角形喷嘴的卷吸率是十字形喷嘴的1.92~2.32倍.     

轴流桨搅拌槽内轴向流动速度的研究

为研究轴流桨搅拌槽内轴向速度的分布,在直径为300 mm的平底圆筒搅拌槽内,采用相位多普勒粒子分析仪(PDPA)对轴流式搅拌器主流区的流场进行测量。在不同转速和离底间隙条件下,对挡板前轴向时均速度在径向和轴向的分布进行分析和研究,采用壁面射流理论,建立搅拌槽内壁面射流流动模型,揭示轴向流动特性。结果表明:轴向速度沿径向的分布具有相似性;轴向最大速度沿轴向衰减;轴向流边界沿轴向线性扩展。研究结果有助于进一步了解搅拌槽内部流动特性,为固-液悬浮操作、过程放大和搅拌设备的优化设计提供理论依据。     

啮合同向双螺杆挤出过程中停留时间的模拟研究

修正了啮合同向双螺杆挤出机中的聚苯乙烯停留时间分布的一维模拟模型。对于输送单元通过C形腔内流体的本构方程推导速度分布，进而得到停留时间分布；引入Carreau—Yasuda模型来描述熔体黏度。在捏合块单元引入轴向分散模型描述该单元的停留时间分布。通过局部停留时间分布模型的修正改进了对双螺杆挤出机全局停留时间分布的预测。模拟研究了螺杆转速及喂料速率对停留时间分布的影响。模拟结果的峰形、最小停留时间、平均停留时间与实验测量相符合。     

中心气流与环形气流作用下颗粒射流的流动与混合特性

采用PIV测速系统和高速摄像仪对同轴气固两相射流进行了实验研究,着重考察了同轴射流结构和旋流对颗粒流动与混合特性的影响。结果表明,环形气流作用下颗粒获得的轴向速度比相同条件下中心气流作用下的颗粒轴向速度大,且气固两相的混合效果更佳,在这两种同轴射流结构下,颗粒的轴向速度仅在靠近喷嘴的横截面上分布较为均匀。而旋流,特别是强旋的引入不仅可以促进远场区颗粒速度的均布,而且能够有效地改善两相混合效果。     

旋流燃烧室内气体-颗粒两相湍流流动的数值模拟

综合应用代数Reynolds应力模型和流体相脉动速度大小和方向均具有随机性的颗粒相随机轨道模型,对旋流燃烧室内有直流射流与旋转射流相互作用的气-固两相湍流流动进行了数值模拟.得到的气相轴向与切向速度和轴向脉动速度均方根值分布以及颗粒相轴向总质量流通量和轴向与切向速度分布与实验基本相符合,并比对气相湍流采用k-ε模型的相应计算结果有较明显的改进.     

受限同轴交叉射流的径向速度分布

在研究了射流交叉角度和密度比对同轴交叉射流轴线轴向速度影响的基础上 ,采用DualPDA进一步研究了受限同轴交叉射流的轴向速度沿径向的分布。文中分别研究了射流交叉角度和密度比对径向速度分布、回流区长度、回流量的影响。结果表明 ,射流交叉角度、射流介质密度比越大 ,速度分布越陡 ;回流区越长 ;最大回流量与θ-1成线性关系。     

射流携带床气化炉内宏观混合过程研究(Ⅱ)停留时间分布

以双通道交叉射流喷嘴为射流源,在直径1000mm、高4000mm的大型冷模装置上,测定了射流携带床气化炉内的停留时间分布;利用网络合成技术,构筑了停留时间分布的后短路T混合模型,得到了停留时间分布密度函数的显式数学表达式;给出了实验范围内模型参数与无量纲相似准数Ct和喷嘴环隙与中心射流动量比G_r之间的关系。     

德士古气化炉气化过程剖析（Ⅲ）—停留时间分布测试

介绍７种不同规格容器、６种工况下的停留时间分布测试结果，定性地分析了影响停留时间分布的因素，诸如射流速度、高径比、筒体直径与喷嘴直径比、出口阻力等。研究表明，德士古气化炉基本上趋于全混流，约有５０％左右的物料在平均停留时间之前离开炉膛，存在短路，停留时间不足一秒，已见物料逸出炉外。     

三通道德士古气化炉冷态数值模拟

利用fluent软件对三通道简化喷嘴德士古气化炉进行冷态数值模拟,主要研究了中心配比对速度场分布、湍流混合、颗粒停留时间的影响。气相湍流采用Realizeable k-ε,颗粒离散相采用了DPM模型。结果表明,中心流体和外环流体通过喷嘴高速射速炉内,形成了明显的射流区、回流区及管流区。其中高速区集中在轴线处,射流区的速度衰减很大。最小颗粒停留时间受中心轴线最大速度的影响显著,回流区对最大停留时间的影响较大。     

提升管反应器进料混合段内气固两相流动特性(Ⅱ)理论分析

针对提升管进料混合段这一复杂的混合流场建立了轴向颗粒返混模型 ,用以计算颗粒相返混比、轴向速度以及混合相密度等 ,从而将颗粒相的流动描述成单一参数控制的行为 .并根据多相流动的扩散模型和冷态实验的结果给出了射流相浓度在截面上分布规律的计算方法 ,指出该浓度分布主要与射流气速和预提升表观线速的速度比有关 ,而其他操作参数的影响都是次要的 .     

三维微管液滴形成及破碎的数值模拟

基于多相流模型的VOF方法求解三维坐标下微管末端液滴形成过程,参考丙三醇溶液,分别探讨不同表面张力、密度、射流速度下液滴形成过程,和液滴断裂长度、形成时间、主液滴直径受其影响情况,并分析断裂阶段轴线上压力和轴向速度分布。     

bubble-based EMMS/PFB模型的建立及在加压流化床浓相段的应用

基于多尺度分解和能量消耗分析方法,结合压力下锥形分布板射流床气泡直径关联式,建立了一个适于加压流化床(PFB)的能量最小多尺度模型——bubble-based EMMS/PFB模型。应用此模型模拟一个二维加压射流床,分析了操作压力、位置高度、空隙率及剩余速度对非均匀因子的影响。通过模拟结果与实验数据的对比,发现该模型相比于Gidaspow模型,能够更准确地模拟加压射流床内颗粒浓度的分布状态及颗粒靠近壁面处的速度变化;将这种曳力模型应用到流化床浓相段的模拟,预测了床内颗粒浓度瞬时分布及沿轴向的时均值分布、颗粒的速度分布等流动行为,使流化床浓相段的气固流动行为可视化,对流化床的设计、放大有一定的指导作用。     

bubble-based EMMS/PFB模型的建立及在加压流化床浓相段的应用

基于多尺度分解和能量消耗分析方法,结合压力下锥形分布板射流床气泡直径关联式,建立了一个适于加压流化床（PFB）的能量最小多尺度模型--bubble-based EMMS/PFB模型。应用此模型模拟一个二维加压射流床,分析了操作压力、位置高度、空隙率及剩余速度对非均匀因子的影响。通过模拟结果与实验数据的对比,发现该模型相比于Gidaspow模型,能够更准确地模拟加压射流床内颗粒浓度的分布状态及颗粒靠近壁面处的速度变化;将这种曳力模型应用到流化床浓相段的模拟,预测了床内颗粒浓度瞬时分布及沿轴向的时均值分布、颗粒的速度分布等流动行为,使流化床浓相段的气固流动行为可视化,对流化床的设计、放大有一定的指导作用。     

起爆方式对线性聚能装药射流形成的影响

以工程中常用的柔性切割器为研究对象,在不考虑端部效应的前提下,对3种起爆方式下线性聚能装药射流的形成过程进行了理论分析和数值模拟。结果表明,不同起爆方式下射流头部速度以端部面起爆最大,线起爆次之,端部点起爆在端面附近处形成的最低,但在距端面一定距离处,射流头部速度又能增大到与端部面起爆的速度相近。在射流内部,端部面起爆形成的射流在内部各点处的速度都是3种起爆方式中最大的,而端部点起爆时,则是随着距起爆点距离的增加由处处小于线起爆的射流速度分布转变到与端部面起爆相同的射流速度分布。在此基础上进一步提出3种起爆方式下线性聚能装药切割目标的数值模拟方法。     

微裂缝内液固两相流动特性研究

应用欧拉-拉格朗日模型,对微裂缝中液-固两相流动过程进行数值模拟。在数学模型中,液相采用连续相模型,颗粒当做离散分散在连续相中,并考虑了相间耦合作用。对于物理模型,建立了二维直微裂缝模型,研究裂缝的液相粘度、液相速度和颗粒密度等因素对裂缝中两相流动的影响。模拟得到了微通道内颗粒瞬时分布状态、颗粒运动轨迹、颗粒停留时间、颗粒轴向速度分布、液相轴向速度分布等参数的变化规律,定性的揭示了储层裂缝内液固两相流动过程。     

二维三相循环流化床液体停留时间分布的研究

用脉冲示踪法对二维三相循环流化床液体停留时间分布(RTD)进行了测定。在气速2～3m／s,液体循环量0～0．35m^3／h,固体循环量1．5～1．75g／s的范围内测得的液体停留时间分布曲线均有明显的3峰分布。其中前两峰分布是由于提升管中颗粒与液体之间和液体与气体之间共同作用改变了液体轴向速度分散程度的结果。第三个峰的分布是由于液体进入循环仓循环后在出口处检测的RTD曲线,并且提出一维两组分扩散物理叠加模型,模型的预测结果与实验获锝的RTD曲线平均误差小于5％,可较好地描述提升管中液体停留时间分布曲线。