气体限流孔板的工艺计算

限流孔板作为石油化工行业常用的限流降压设施,在工程设计中得到广泛应用.对气体而言,限流孔板孔径的计算方法有很多种.本文介绍了设计当中较为常用的三种亚临界气体流动限流孔板孔径计算方法以及五种临界气体流动限流孔板孔径计算方法.通过对比分析,指出每种计算方法的特点和易用性,并给出使用建议.通过两个实例计算发现,对临界流动气体...     

孔数与孔厚对多孔板压损系数的影响机理

多孔板作为管道内节流降压或流量测量元件,在减小管道振动、流动噪声及流动压损等方面较之传统的单孔板具有明显优势。影响多孔板压损系数的结构因素主要有开孔等效直径比、孔数及孔板厚度,其中等效直径比的影响规律已为人熟知,而孔数与孔板厚度的影响机理仍不清晰。本文以均匀布孔的多孔板为研究对象,通过数值模拟方法研究了孔数与孔板厚度对多孔板稳定区压损系数的影响机理。结果表明：在相同的孔板厚度下,压损系数随孔数增多而先快速减小后趋于不变,使压损系数达到稳定的临界孔数随管径减小而减少,但临界孔数对应的孔板相对厚度均接近0.5;在相同的孔数下,随孔板相对厚度增大压损系数先快速降低后趋于不变,使压损系数达到稳定的临界相对厚度为0.5~1.0,临界相对厚度随孔数增多而减小;在相同的相对厚度下,压损系数在薄孔板中随孔数增多先减小后增大,而在厚孔板中随孔数增多而单调增大。这说明除等效直径比外,孔数与孔厚均对多孔板压损系数有影响,应在压损系数关联式模型中予以考虑。     

水力空化对亚甲基蓝的去除研究

采用多孔孔板水力空化器对亚甲基蓝进行去除实验。研究了温度、入口压力、空化时间与孔径、孔数对亚甲基蓝去除效果的影响,探讨了水力空化去除亚甲基蓝机理。结果表明,水力空化对亚甲基蓝的去除效果随着时间的增加而增强,随着入口压力与温度的增大先增强后减弱,亚甲基蓝去除的优化条件为:入口压力0.35 MPa,时间4.0 h,温度35℃。对于排布与孔个数相同而孔径不同的孔板空化器,小孔径的孔板空化器可以提高亚甲基蓝的去除效果。对于流动面积相同而孔数不同的孔板空化器,多孔数的孔板空化器可以提高亚甲基蓝的去除效果。水力空化去除亚甲基蓝的机理是羟基自由基的氧化降解作用。     

船舶凝水调节管道新型节流孔板设计研究

船用凝水管道上节流孔板设计不合理,易导致孔板下游流体发生汽蚀,并促使流体高速冲击管道,进而诱发管道剧烈振动和冲刷腐蚀失效,极大影响了船用凝水管道的安全性和稳定性。基于多孔消声器减振降噪机理,提出了具有"防止孔板汽蚀,减缓管路冲刷"功能的新型斜孔对冲式节流孔板,引入伯努利方程和阻塞压差计算方法,进行节流孔板孔径、级数和厚度的校核计算,得到适用于凝水调节管道的两级斜孔式节流孔板,并利用数值模拟手段对理论设计的单级和二级斜孔式孔板节流特性进行分析,计算结果表明单级节流孔板下游局部流域诱发大尺度涡流和汽蚀现象,易导致凝水管路振动;二级节流孔板不仅可以规避孔板诱发汽蚀,还能实现流体对冲射流效应,促使冲击能量相互抵消,减缓流体对管路的冲刷,数值模拟结果与理论设计数据基本吻合。因此该计算方法可为船舶凝水系统管道节流孔板结构设计提供一定理论支撑。     

水力空化对亚甲基蓝的去除研究

采用多孔孔板水力空化器对亚甲基蓝进行去除实验。研究了温度、入口压力、空化时间与孔径、孔数对亚甲基蓝去除效果的影响,探讨了水力空化去除亚甲基蓝机理。结果表明,水力空化对亚甲基蓝的去除效果随着时间的增加而增强,随着入口压力与温度的增大先增强后减弱,亚甲基蓝去除的优化条件为:入口压力0.35 MPa,时间4.0 h,温度35℃。对于排布与孔个数相同而孔径不同的孔板空化器,小孔径的孔板空化器可以提高亚甲基蓝的去除效果。对于流动面积相同而孔数不同的孔板空化器,多孔数的孔板空化器可以提高亚甲基蓝的去除效果。水力空化去除亚甲基蓝的机理是羟基自由基的氧化降解作用。     

首级可调节多级多孔孔板阻力特性研究

对一种首级可调节多级多孔孔板的阻力特性进行了理论和实验研究。结果表明,多级多孔复杂孔板在湍流平方区范围内的整体阻力系数趋势与理论估算基本一致,平稳性较好;受相邻孔板之间脉动、旋流影响,不同首级孔径情况下的整体阻力系数理论估算值略大于实验值,偏差在6.96%～8.45%之间;整体阻力系数主要受首级孔板的影响,且随孔径的增加而减小,理论计算方法可用于复杂孔板阻力系数的初步估算,但需要进行适当的系数修正。     

气液两相并流下行通过堆叠筛板填料的压降特性

堆叠筛板填料已在核电站放射性气体除气塔中得到成功应用。针对这一新型填料的应用设计,在较广泛的气液流量下,对气液并流下行通过不同规格堆叠筛板填料的阻力特性进行了系统的实验。实验填料共6种规格,孔径参数包括6、10和14 mm,不同孔径填料对应不同的孔间距、板间距,每种孔径填料具有正方形和正三角形两种筛孔分布方式。通过压降数据分析,研究了流动参数和几何参数（孔径、开孔率、布孔方式、板间距）对气液两相并流通过填料的流动行为及压降特性的影响;结合多孔板阻力系数经验公式提出了堆叠筛板填料干板阻力系数的计算模型,模型很好地反映了不同几何参数对干板阻力系数的影响,预测偏差在5%范围以内;基于均相流模型提出了堆叠筛板填料气液两相压降的预测模型,模型预测偏差在10%范围以内。研究工作对堆叠筛板填料塔的应用设计及进一步的传质动力学研究有一定参考价值。     

气液两相并流下行通过堆叠筛板填料的压降特性

堆叠筛板填料已在核电站放射性气体除气塔中得到成功应用。针对这一新型填料的应用设计,在较广泛的气液流量下,对气液并流下行通过不同规格堆叠筛板填料的阻力特性进行了系统的实验。实验填料共6种规格,孔径参数包括6、10和14 mm,不同孔径填料对应不同的孔间距、板间距,每种孔径填料具有正方形和正三角形两种筛孔分布方式。通过压降数据分析,研究了流动参数和几何参数(孔径、开孔率、布孔方式、板间距)对气液两相并流通过填料的流动行为及压降特性的影响;结合多孔板阻力系数经验公式提出了堆叠筛板填料干板阻力系数的计算模型,模型很好地反映了不同几何参数对干板阻力系数的影响,预测偏差在5%范围以内;基于均相流模型提出了堆叠筛板填料气液两相压降的预测模型,模型预测偏差在10%范围以内。研究工作对堆叠筛板填料塔的应用设计及进一步的传质动力学研究有一定参考价值。     

并流列管反应器冷却介质的流动与均布

建立了并流列管反应器管外冷却介质流动的计算模型,对不同直径反应器分流室、集流室中流体压力分布、分布板上小孔分布以及环隙孔孔径进行了研究。结果表明:随着反应器直径增大,分流室、集流室中流体压降增大,分布板上环隙孔孔径减小。过小的环隙孔间隙成为反应器加工和装配的瓶颈。增大反应器分流室和集流室高度,对反应器中心进行不布管,可降低反应器分流室和集流室中流体压降,增大分布板上环隙孔间隙。对直径较大的反应器,可同时采用在反应器中心进行不布管以及增大反应器分流室和集流室高度的方法来降低分流室和集流室中流体压降,使分布板上环形孔间隙不致过小。     

孔板结构换热器传热与阻力性能的数值模拟

基于周期性全截面模型及RNG k-ε湍流模型,运用计算流体力学软件FLUENT对不同孔板结构换热器壳程流体流动以及传热性能进行了数值模拟分析,并通过文献试验数据验证了该数值模拟方法的可行性和准确性。在此基础上,对比分析了三叶孔、四叶孔、五叶孔、大圆孔、小圆孔等5种孔板结构的传热与阻力性能,探讨了支撑板等结构参数对其传热与阻力性能的影响,进一步采用场协同原理探讨了孔板换热器的强化传热机理。研究结果表明：采用RNG k-ε湍流模型以及周期性全截面模型可较为准确地模拟孔板换热器壳程流体流动情况;5种模型中五叶孔换热器的传热特性最好但阻力最大,小圆孔的传热效果最差但阻力最小;随着支撑板间距以及开孔高度的增加,换热器壳程的传热系数和压力降均逐渐降低;在支撑板后,速度矢量与温度梯度之间的夹角波动幅度变化剧烈,起到了强化壳程传热的效果;其中五叶孔板的场协同角波动幅度最大,强化传热效果最好。     

流延设备负压真空箱流场仿真研究

采用Fluent软件对流延设备负压真空箱内部流场进行数值模拟研究,得到了真空箱内部的速度场和压力场,分析了压力损失过大的原因。提出了用单层均风孔板替代原双层均风孔板的优化方案,并分析了单层均风孔板位置、孔径和形状对真空箱性能的影响。分析结果表明,单层均风孔板位置、孔径和形状对真空箱进出口总压降影响不大,对真空箱均流效果影响显著。均风孔板距离真空箱背板150 mm,圆孔直径为6.8 mm时,真空箱综合性能最佳,优化后进出口总压降减少了10.1%。     

管壳式蒸发器内分流板均分性能的研究

蒸发器换热管间制冷剂的分配不均会导致其制冷能力的下降。建立了管壳式蒸发器和分流板三维模型,模拟研究了分流板的位置、开孔大小、开孔数量和开孔结构对R410A均分性能的影响。模拟结果表明,分流板各参数对制冷剂均流效果有显著影响。在不同入口流速工况下,不均匀度随分流板向蒸发器入口端的移动而下降且降幅逐渐变缓;不均匀度随开孔直径的增大而上升,随开孔数量的增大而下降并达到稳定;经优化分流板开孔结构,上下小孔结构的均分性能相比等圆孔结构可提高21.4%。搭建了蒸发器流量分配实验台,通过实验验证了模拟得出的流量分配规律以及分流板对流体均分性能的提升,说明根据流量分布特点优化分流板开孔结构能有效提升制冷剂的均流效果。     

竖直多孔平板上液膜流动特性的研究

孔结构被广泛应用于传质塔填料中,对填料上的液膜流动和传质行为影响较大。对竖直光板和多孔板上的液膜流动进行了三维模拟,并通过实验验证了模拟的准确性。通过模拟研究了孔结构对液膜流动特性的影响。结果表明,干燥孔会阻碍液膜的铺展,而润湿孔促进液膜的铺展。与光板相比,多孔板上的液膜具有起伏波,这将影响液膜的厚度分布和速度分布。液膜厚度波动和水平方向的速度波动随着孔径的增加而增加,而竖直流动方向的速度随着孔径的增加而降低。当孔径增加到一定值时,毛细波将出现在孔中的液膜中,这大大增加液膜水平方向上的波动速度,而降低流动方向上的速度。当孔径继续增加到临界值时,液膜将破裂。多孔板上孔内和气侧区域存在涡旋,能够促进内部液体交换和增大气侧扰动,从而增强传质能力。     

The discrete residence time distribution of a distillation colum operated with microprocessor controlled periodic cycling

The fluid flow in a distillation column was studied by measurements of the discrete residence time distribution. The column, 100 mm in diameter was fitted with 5 sieve plates of 14.8% free area with a 6.1 mm hole diameter on a 635 mm plate spacing. The periodic control was obtained using a JOLT microprocessor system. An analysis of the discrete residence time distribution yielded the parameters in the (2S) model that describes the fluid flow. Modifications to the column internals are required to alter these parameters, if the maximum separation improvements are to be obtained.     

多孔板压降特性实验与关联式比较

多孔板作为节流元件具有整流、低噪声、低压损及压差更稳定等优点,然而多孔板压降特性的预测方法目前仍不清晰。以常温水为实验介质,在Re数为4×10⁴~1.6×10⁵范围内,对孔数为172~744、等效直径比为0.544~0.666的多孔板进行了压降特性实验研究,并将实验结果与文献中相关的关联式预测结果进行了比较。结果表明：在相同开孔直径比和流动条件下与单孔板相比,多孔板后涡流引起的黏性耗散较小,因而其压损系数明显低于单孔板;计算多孔板压损系数时,若采用等面积折算所得等效直径比按单孔板进行计算,会使得预测结果明显偏大;Holt关联式的压损系数预测结果与实验结果最为相符,表明同时考虑开孔直径比和孔板相对厚度影响的压损系数关联式预测精度较优。建议通过进一步研究建立完善的多孔板压降预测方法。     

CFD study on the flow distribution of an annular multi-hole nozzle

Annular multi-hole nozzles are commonly used to disperse one or more types of material in chemical processing, agricultural irrigation, firefighting, and so on. In this study, the LES (large eddy simulation) method combined with the VOF (volume of fluid) model was employed to investigate the impacts of inlet volume flow rate, hole diameter, and distance downstream of nozzle on the flow distribution of the nozzle. To quantify the uniformity of the flow distribution, the non-uniformity parameter, wetted area, and uniformity index were introduced. The sprays ejected from the nozzle are separated into two modes in accordance with their structure, namely partially impinging sprays (PIS) and fully impinging sprays (FIS). Compared with the three other types of nozzles investigated in this study, the nozzles with a 400 μm hole diameter can achieve the most uniform flow distribution of the nozzle outlet. In addition, the nozzle with larger holes and a higher inlet volume flow rate can easily achieve a large wetted area. However, the nozzle with smaller holes and a relatively low inlet volume flow rate is more inclined to achieve a uniform flow distribution. The larger the inlet volume flow rate, the larger the holes that should be adopted to achieve a relatively uniform flow distribution.     

Numerical modelling of the gas flow through perforated plates

Perforated plates are used in many applications such as electrostatic precipitators in environmental control systems as a method of fluid flow control. The detailed structure of perforated plates causes difficulties in the design and optimization of systems by mathematical modelling. Hence, a simplified model for the perforated plates is important. In the current work, numerical experiments based on Computational Fluid Dynamics (CFD) are carried out at a microscopic, unit cell scale. The effects of a series of parameters on the flow pattern and pressure loss are investigated, including Reynolds number, open porosity, orifice diameter, plate thickness, surface roughness and plate inclination angle. Good agreement is observed between the current predictions and empirical equations/experimental data in the literature. The pressure loss is found to be determined by the large flow structures in the expansion behind the plate. The results can be potentially used for the modelling of flow distribution in electrostatic precipitators in particular.