固定床反应器环形分布器内流场模拟与流体均布性能分析

环形分布器是实现列管式固定床反应器壳程换热介质均匀流动的重要部件。采用计算流体力学方法分析了环形分布器内的静压分布规律,并考察了环形分布器的结构形式,如进口数目、出口数目等因素对流体均布效果的影响。通过计算发现,均匀开孔时,在其它结构参数和进口总流量保持不变的情况下,出口数目对流体均布的影响不是单调的,一定范围内减少出口数目有利于流体均布;增加进口数目有利于环形分布器内各个出口的流体均布。对模拟结果进行分析发现,当总压降与穿孔压降的比值U在0.95~1.06之间时,均匀开孔即能满足流体均布的要求。     

环形分布器的流场分析

环形分布器是改善列管式固定床反应器壳程流体均布性能的重要构件。文中采用实验和数值模拟相结合的方法对环形分布器的流体流动特性进行了研究,分析了影响环形分布器流体均匀分配的基本因素,提出了3种改善环形分布器流场均布性能的手段,为优化环形分布器的结构参数和操作参数提供参考和帮助。     

环形分布器内变质量流动的CFD模拟研究

环形分布器是实现导热介质在列管式固定床反应器壳程均匀流动的关键部件,文中采用计算流体力学方法(CFD)对环形分布器内的变质量流动进行了模拟研究。首先计算了环形通道内的速度和静压力分布,在此基础上研究了穿孔阻力系数随开孔几何结构以及入口流体流速的变化规律。模拟结果表明:环形通道内存在较明显的速度梯度和压力梯度;随着流体不断分流,在流道内的流动速度不断减小,静压力逐渐增大。因此,需要沿流动方向将开孔直径逐渐减小,以增大穿孔阻力,从而实现流体的均布。对穿孔阻力系数变化规律的研究结果表明:穿孔阻力系数ξ与出口和主流道的流速比ui/u、厚径比δ/di和入口雷诺数Re0有关。在模拟范围内,ξ先随ui/u的增大而减小,到达一个临界值后,ξ不再随ui/u的增大而变化;δ/di对ξ影响不太明显;当Re0属于湍流范围时,ξ随Re0的变化不太明显,但是总体随Re0的增大而减小。     

平行流列管式固定床反应器管外流体的模拟

运用计算流体力学软件FLUENT6.1对平行流列管式固定床反应器环形流道及管间流体的流动进行数值模拟。模拟结果表明,流体进入环形流道后流速急剧变化,要达到环形流道内侧壁沿圆周流量均匀分配,就必须在不同的位置开不同尺寸的孔,反应器进口挡板和分布板的设置使管间流体在进入反应器后径向分布基本均匀。建立冷模实验装置,测定流体在反应器管间不同高度同一截面上的压力分布,实验结果表明,反应器管间流体达到均匀分布。管闯流体压力的模拟值与实验值相比较,两者吻合良好。     

流体在列管式固定床反应器壳程列管间的均匀分配

本文从理论上深入分析了流体在列管式固定床反应器壳程流动时的流速和静压变化规律,提出了相应的计算公式,对反应器壳程流体的试验测定及均匀分配的分布板的设计具有指导意义。     

平行流列管反应器环形流道流体特性研究

针对列管式固定床反应器,开展环形流道流体流动特性分析,为反应器设计提供参考。建立环形流道液体流动空间数值模型,模拟反应器内湍流稳态流动特性。通过残差过程分析,合理设置计算参数与网格密度,检验数值模拟的收敛性。分析液体流速分布,合理设置环形流道内壁调节孔;分析液体压强分布,确定不利受压部位。研究结果表明,环形流道内液体不均匀流动,宜设置变截面调节孔,改善流速分布;进口处液体压力较大,为环形流道设计重点部位,宜在内壁合理位置设置调节孔,改善压力分布,为反应器设计提供参考。     

列管反应器中环形分布器内流体均布的探讨

利用动量守恒原理,推导出列管反应器中环形分布器内流体流动的修正动量方程,并在与前人实验结果比较和分析的基础上,提出了与环形分布管相适应的分流和合流动量交换系数式。研究结果表明,环形分布器内流体流动符合变质量流动规律,可采用环形分布器修正动量方程描述分流和集流的静压变化;通过直管分布器实验获得的动量交换系数对环形流道分布器也是适用的,其计算值与实验值的相对误差小于10%,可满足工程设计要求。     

径向反应器流体均布设计的研究(Ⅰ)

本研究在实测动量交换系数和穿孔阻力系数的基础上,研究并提出了径向反应器流体均匀合理的设计方法。本文(Ⅰ)就径向反应器流体均布的设计原则、主流道静压的分布、以及径向流体分布的型式和尺寸的选择等三个方面进行了研究和阐述,文中附有计算示例。     

并流多通道管壳式换热器壳程传热性能

对并流多通道进出口(MPC)轴流管壳式换热器壳程传热性能进行数值模拟,分别研究了管排数N,Re,不同开孔率的挡板对壳程进口段的局部传热系数分布、局部平均Nu的分布、换热器的平均Nu等特性的影响。结果表明:在无挡板条件下,随着N的减小,壳程传热系数分布不均现象得到有效的遏制,N=7时基本上无传热死区。挡板的存在,不但使得进口段的局部传热系数分布更加均匀,而且能够提高换热器的整体传热Nu。不同参数的挡板之间,挡板1的作用最为明显,可以使得Nu提高10%—12%。     

管壳式换热器流体分配结构设计及均匀性优化

管壳式换热器作为化工机械行业中的重要设备，其管程和壳程的流动均匀性直接影响换热器的换热性能。针对某一型号管壳式换热器管程进口管箱和壳程入口设计了不同的流体分配结构，采用数值模拟方法对其流动均匀性进行分析，以面积加权均匀度指数来定量评估管程和壳程的内部流场均匀程度。研究表明，管程进口管箱和壳程入口的流体分配结构对流体均匀性分布有较大的影响，管程进口管箱增加分配结构之后均匀性明显得到改善，可保证进入换热管的流量分配更均匀。壳程入口增加分配结构能够有效减少流体对换热管的冲刷，增加流体紊乱度，有效提高换热强度。这对实际工程应用具有非常重要的理论和应用价值。     

环形分布器气体的流动及气流均布

采用激光多普勒技术测量了装有整流环的环形分布器中的流场 ,发现整流环外侧环形通道内存在大量循环气流 ,并呈变质量流动状态 ;整流环内侧环形通道中 ,循环流动基本消失 ,但仍存在较大的脉动速度 ,靠近内环射流孔处气体均匀径向流动为主。利用压力排管研究了整流环开孔率和开孔方式对均布效果的影响 ,发现通过调整整流环周向开孔率可以实现内环射流流量均布。在本实验范围内 ,整流环的使用可以降低环形分布器的能量损失。     

开孔形式对盘环形挡板汽提器特性影响的模拟分析

采用CFD方法对安置盘环挡板的汽提器进行了模拟计算,对比了盘环挡板上有无开孔情况下的颗粒流动分布。结果表明,在盘环挡板上进行开孔可有效减少“气垫”区域,使气体与颗粒更顺利地穿透挡板进行高效接触。此外,通过对比不同开孔形式下的催化剂颗粒流动与气泡分布特性,可以发现均匀开孔时,随着开孔尺寸的增加,气相流动阻力下降,可以携带颗粒更加均匀地穿过盘环挡板,使得挡板以下的“气垫”区域减小,颗粒在汽提器内分布更加均匀,有利于汽提蒸汽与催化剂颗粒之间的接触。但是,随着开孔尺寸增加,汽提器内气泡的平均尺寸有所增加,气泡数量减小,气泡所占的总体积及气泡所能提供的相界面积有所减少。对比均匀开孔与非均匀开孔的颗粒流动与气泡特性,结果表明,在盘形挡板顶部附近开孔12mm,其他区域均匀开孔9mm的非均匀开孔形式在确保催化剂颗粒流动的均匀性分布、汽提蒸汽与催化剂颗粒之间的接触效果的同时,容易产生更小的气泡,可以提供更高的气固相界面积,更加有利于汽提器性能的改善,因此是比较优选的开孔方式。本文关于挡板开孔形式影响的模拟分析对设计高性能的汽提器内构件具有重要意义。     

旁流碟环挡板阳极保护管壳式浓酸冷却器

将阳极保护管壳式浓酸冷却器的壳程挡板设计成带旁流孔的碟形挡板和环形挡板后,流体速度场与保护电流强度场相一致,克服了阴极套管对换热器换热效果的影响,且具有传热系数高、布管半么菠、设备重量轻、自清洗能力好,使用寿命长等优点。与圆缺折流挡板相比较,可使壳程给热提高４０％以上。     

大型列管式固定床反应器冷模试验——环形缝隙在侧流条件下的阻力系数的测定

本报告研究了流体侧流流过环形缝隙时的三种流动形式,通过理论分析和试验测定得到这三种流动形式下的阻力系数计算公式,这些计算公式可为设计大型列管式固定床反应器壳程分布板或折流板上的最佳开孔尺寸提供依据。     

列管式固定床反应器壳程流体均布的研究——流体的穿缝阻力及其在半环形流道中的变质量流动

一、概述 列管式固定床反应器具有活塞流和单程转化率高的特点,要想使反应器的综合性能保持原型管(单管)的水平,壳程流体的流动状态及分布的均匀性是个关键因素。 对大型列管式固定床反应器壳程流体流动的主要要求是能迅速导出反应管内产生的     

并流列管反应器载热体流动模拟研究

针对并流列管反应器,分析管外载热体流动特性,为反应器优化提供参考。建立反应器管外流体空间数值模型,模拟湍流稳态流动特性,分析流体速度分布、速度矢量及压强分布。研究结果表明,管外流体流速分布基本均匀,采用三块分布板的设置利于管外流体的均匀分布;流体经过分布板管板间隙的速度基本一致,速度值远大于管外速度,合理设置管板间隙孔尺寸,利于流体均匀分布;流体进入反应器,压力自下而上逐渐减小,相同高度上流体压力基本一致,为反应器设计及优化提供参考。     

变截面导流筒换热器入口流场均化性能数值仿真

采用变截面导流筒真实三维实体模型,通过数值模拟的方法,以流体流动均匀性和压降作为综合衡量依据,研究了变截面导流筒装置中关键结构参数的变化对其内部流体流动均匀性和流体流动阻力的影响规律,得出了导流筒的结构参数L,H,θ与壳程进口处流体流动状况的对应关系,证实了在适当范围内调整上述结构参数,不仅可以提高壳程进口处流体流动均匀性,而且可以有效降低壳程流体的压力损失。从导流筒换热器的流体流动均匀性和壳程压降角度出发,推荐L,θ,H的取值范围分别是:L=50~70 mm,θ=7°~12.5°,H=50~100 mm。研究结果为变截面导流筒换热器优化设计提供了参考依据。     

液固分布器的数值模拟和结构优化

流化床内液固两相流的均布问题一直是制约流化床发展的难点。本文采用颗粒动力学双流体模型来描述液固两相流,应用CFD方法模拟了二维液固流化床换热器下管箱中的流场流动特性,并用模拟手段优化了下管箱中液固分布器的结构参数。模拟结果与试验值吻合较好,模拟结果表明：在V型挡板角度小于滑落角的挡板型式下,多孔板的开孔率在35%左右,开孔直径大小在12mm左右时,下管箱中固含率的不均匀度最小,这种结构参数下液固分布器的分布效果最好。     

螺旋套管换热器壳程流体湍流换热热力性能数值研究

利用计算流体力学软件对内管为螺纹管的螺旋套管换热器壳程流体的湍流流动和换热性能进行了数值模拟。通过与内管为光管的研究结果对比,揭示了内管为螺纹管时壳程流体的速度场和温度场分布,研究了雷诺数、槽高对壳程流体湍流流动及换热性能的影响,并利用场协同原理初步揭示了螺纹复合螺旋流动强化流体换热的机理。结果表明,螺纹内管的螺纹凸起对螺旋套管换热器壳程流体的扰流和导流作用明显,在研究范围内(Re=10 000~24 000),内管为螺纹管的螺旋套管换热器壳程流体的传热效率较内管为光管的模型最大提高了22.1%;结构参数相同时,随着Re增大,螺旋套管换热器壳程流体的Nu逐渐增大,阻力系数f逐渐减小,综合评价因子Ψ逐渐减小,在研究范围内,Nu最大增加了85.6,f最大减少了0.008,Ψ从1.35减小至1.18。当Re一定时,当量高度h'增大,f逐渐增大,Nu先增大后减小。由场协同原理分析得出,h'=0.220时,在螺纹凸起扰流和导流的作用下壳程流体的温度场与速度场协同性能较好,综合评价因子Ψ最大,螺纹的优化当量高度h'宜取约0.220。     

列管式固定床反应器管束间单相流动与传热的CFD研究

为研究列管式固定床反应器壳程内换热介质的流动与传热特性,采用数值模拟的方法求解得到壳程流体速度与温度分布场.模拟结果受湍流模型影响,将壳程传热膜系数和压降的CFD模拟结果与经验方法结果进行比较后选择偏差最小的realizable k-ε湍流模型.模拟结果显示换热介质在反应器壳程内的流动与传热分布不均匀,折流板前背部存在漩涡和传热死区,错流区和折流板缺口区的传热效果较好.为验证CFD模拟结果的可靠性,将不同传热量和进口流量条件下的模拟结果与经验方法结果进行比较,偏差在可接受范围内.