再分布板对环隙气升式反应器内多相流动的影响

为了考察环流反应器放大过程中再分布板对其内部多相流动的影响,采用欧拉双流体模刑模拟了再分布板小同高度的布置对环流反应器内气含率,循环液速,固体颗粒分布等参数的影响,并与部分冷模实验结果进行了比较,两者结果一致结果表明,再分布板高度的增加会使气升反应}州为气含率旱现先增后减的趋势,并导致导流管内的固含率上升。此外,小同高度的再分布板对环流反器内整体气含率及循环液速的影响小大结合CFD模拟和实验结果,优化了环流反应器内再分布板的设计,从而为实现强化环隙气升式环流反应器内多相流动、传递、反应等过程提供了一定的指导意义     

图像处理技术在稀相气固两相流粒度测量中的应用

利用高速摄影仪对冷态流化床内气固两相流动进行了图像采集.通过MATLAB软件对某时刻二维平面上的固体颗粒图像进行了预处理、二值化、粘连颗粒分割及颗粒标号等处理,较准确地得到了固体颗粒的粒度分布,并且研究了不同高度、不同截面颗粒的粒度分布与浓度分布状况,为今后进一步研究流化床内气固两相流动特性与粒度分布之间的关系奠定基础...     

流化床中气固均匀分布的失稳现象

流化床因其均匀且剧烈的气固相互作用保证了其优异的流动和传递性能,因而广泛应用于化学工业中。因此,构建定量计算气固均匀分布的失稳临界点既是重要的学术问题又具有工程意义。本文分别使用气相和固体颗粒相的质量分数表示气固分布状态;引入颗粒床层压力载荷（Φ _T）描述分布器输入的规则负熵和固体颗粒床层自身混沌熵产生之间相互作用;由于密相颗粒床层远离平衡态且具有强非线性耗散项,因此需基于普利高津最小超量熵增原理给出气固密相流在并联系统均布状态的失稳临界点（Φ _Tc）：分布器和固体颗粒床层总熵增在气固均布和气固非均布情况下相等;由于并联系统的对称性,可将N单元路径并联系统气固均布稳定性分析简化为判断单元路径压降二阶导数正负;在此基础上讨论了操作参数、固体颗粒性质和分布器结构参数对气固密相床层均布稳定性的影响。此外,通过气体示踪和压力脉动频谱分析在直径为300mm冷模实验验证了颗粒床层压力载荷（Φ _T）对密相气固均布稳定性的影响;同时应用该方法论计算了工业流化床反应器临界床层高度、临界表观气速以及分布器临界阻力系数,指导了操作工况的调整和分布器结构设计,对比分析了改造前后的反应情况。     

喷嘴对液固外循环流化床内含固体积分数的影响

设计了实现液固外循环流化床中颗粒正常循环的关键部件——喷嘴,利用CCD图像采集分析系统,获得了其换热管束内固体颗粒的分布情况,考察了液体流量、口径比、喷嘴安装位置、颗粒直径、颗粒初始加入量以及液体黏度对液固外循环流化床换热器管束内含固体积分数的影响。结果表明:口径比及喷嘴安装位置对提高管束内的含固体积分数都存在一个最佳值,颗粒直径、颗粒初始加入量以及液体黏度对管束内含固体积分数也具有较大的影响,同时还通过对实验数据的综合分析,得到了喷嘴在最佳安装位置下液固外循环流化床内含固体积分数的经验关联式。     

水平液固循环流化床颗粒分布状况的实验研究

为使水平液固循环流化床换热器更好地强化传热和防垢、除垢,管中颗粒的分布是关键,因此对卧式换热器前管箱进行改造,采用双进料口并在前管箱加入挡板,使得颗粒在管路中分布均匀。在实验中自行设计了一套水平多管液固循环流化床实验装置。采用CCD图像采集系统,获得了颗粒的运动及分布状况。研究表明:挡板的角度、颗粒密度等对颗粒分布性能都有较大影响。通过对实验结果的分析,得到了使固体颗粒在管束中分布效果较好的挡板角度以及较适宜颗粒分布的运行参数,以指导工程放大应用。     

液固循环流化床换热器中固体颗粒分布

利用CCD图像测量与数据处理系统对多管液固循环流化床换热器中的两相流动特性进行了研究。探讨了下管箱中的分布板结构对固体粒子的体积分数分布、固体粒子的速度分布,以及液固两相流压降的影响。实验结果表明:在循环流化床换热器进口段安装适当结构的多孔板分布器,即多孔板的面积小于床层截面积,且床中心处的遮挡面积大于边缘处的遮挡面积,可以有效地提高固相速度的均匀程度,在较高流速下,能较好地改善固体颗粒在管束中的不均匀分布。     

利用套管结构实现液固均匀分布

基于分支管路原理和液固流态化的性质,提出了一种用于多管液固循环流化床的组合式液固分布器.利用建立的小型冷态试验装置,考察了管束中的颗粒循环速率和固含率.试验结果表明,在多管循环液固流化床下管箱安装组合式分布器可以实现固体颗粒在管束中的均匀分配.     

两相均流板对弯管中气固两相运动分布特征的影响

针对燃煤电厂烟气污染物脱除设备入口弯管内气固两相分布不均的问题提出一种新型两相均流板,采用CFD数值模拟首先对比分析了安装两相均流板与常规导流装置的均流效果,之后详细研究了新型两相均流板对弯管水平出口管道中气流速度、颗粒质量分布规律的影响以及板型及板间夹角对两相均流板均流效果的影响,并结合Design-Expert响应面法获得两相均流板的最优结构,将最优结构应用于工业性实验中,最后将计算结果与工业性实验数据进行了比较。结果表明:弯管内安装两相均流板较安装导流板/三角翼挡板气固两相均流效果更优,既可以使气固两相均匀分布又可以有效降低系统的压阻;随板间夹角的增大,管内的气流速度分布以及颗粒的质量浓度分布呈阶段性变化,而管内的压降则随板间夹角增大而增大;最佳两相均流板结构为夹角为75.49°的直板型两相均流板。模拟与实验结果吻合较好,利用提出的数值模拟方法可以详细真实地模拟计算大型及具有复杂内部结构的除尘器入口弯管中气固两相流动。     

组合式液固分布器中预分布器结构优化

介绍了一种用于液固循环流化床换热器中的组合式固液分布器。利用体积容积法、U形管压差计和刻度尺研究了固液预分布器的结构形式在不同表观液速和液体黏度下对各管束中的固含率、下管箱静压降及床层高度的影响。采用标准差函数进一步衡量了管束间固含率的均匀程度。实验结果表明,双层挡板式预分布器在较低的下管箱静压降和床层高度下能将固体颗粒均匀地分布到各换热管束中。     

气升式反应器中三相体系进行半连续操作的气含率和传质特性研究

就出现在细胞培养等气液固三相体系在气升式反应器(ALR)中气含率和传质系数同反应器结构参数、固含量及操作条件之间的关系作了理论推导,在不同结构形式的 ALR 中对空气/0.15NaCl 溶液(内含不同数量的固体颗粒)体系作了实验测定,估计了模型中的待定参数,求出气含率(■)和氧的传质系数(K_Lα):■由此可推算二氧化碳的传质系数,并讨论了反应器高度和气体分布器的影响。     

列管反应器改进结构环形分布器内变质量流动的数值分析

环形分布器是实现载热体在列管式固定床反应器壳程均匀流动的重要部件。采用计算流体力学方法对丙烯氧化反应器壳程熔盐在改进结构型式(即椭圆扩张型进口,进口处两侧分别设置呈45°的导流挡板,挡板上均匀分布小孔,不均匀的开孔方式)的环形分布器内的变质量流动进行了模拟研究,分析了环形分布器内的速度及静压分布规律,并与传统型式环形分布器进行对比,并考察了出口分布孔数目及进口熔盐流量对均布效果的影响。通过计算发现,改进结构的分布器均布特性优于传统结构;优选24个分布孔能够满足流体均布的要求,且分布孔达到36,流体均布情况基本稳定;减小进口熔盐流速,进口区域速度及静压波动较小,减小了进口能量损耗,有利于流体均布。     

不同构形构造分布器的数值研究

Seven distributors with different configurations are designed and optimized by constructal approach. Their flow distribution performance and energy dissipation are investigated and compared by computational fluid dynamics (CFD) simulation. The reliability of CFD simulation is verified by experiments on the distributor that has all distributing rectangle channels on a plate. The results show that the symmetry of the distributing channels has decisive influence on the performance of flow distribution. Increasing the generations of channel branching will improve the flow distribution uniformity, but on the other hand increase the energy dissipation. Among all the seven constructal distributors, the distributor that has dichotomy configuration, Y-type junctions and straight intercon-necting channels, is recommended for its better flow distribution performance and less energy dissipation.     

变截面流化床理论模型及数值模拟

基于双流体模型,在一定假设的条件下推导得到了用于描述变截面床流化过程的局部平衡模型。对于局部平衡模型,空间导数项的离散采用五阶精度的WENO有限差分格式,时间导数项的离散采用TVD Runge-Kutta型的离散格式,对流量突变后的瞬态过程进行了模拟,得到固相体积分数在整个变化过程中沿床高的分布以及床高变化规律和床层表面颗粒速度变化曲线。对于流量突增过程,在床内不同位置形成了一系列的连续波,当所有的连续波到达床面整个变化过程结束。而对于流量突然减小过程,将会有固相体积分数间断在分布板处形成,当所有间断到达床面时,塌落过程结束。     

CFD and experimental investigation of the gas–liquid flow in the distributor of a compact heat exchanger

High performance of compact heat exchangers is conditioned by correct fluid distribution. This is especially true for gas–liquid heat exchangers where a uniform distribution is particularly delicate to obtain and where maldistribution entails significant performance deterioration. Several phenomena can lead to phase distribution problems: the fins may be subject to manufacturing defects or fouling, leading to shortcuts or dead zones. But the first source of maldistribution may be a poor distribution at the outlet of the entrance distributor. This distributor aims at mixing the phases and distributing them across the channels.     

文丘里卷吸型气液分配器液体分配性能的结构参数研究

为了改善滴流床用的内卷吸型气液分配器的液体分散差的现象,提出了一种文丘里卷吸型气液分配器,并对其结构参数进行了参数化研究,定量认识卷吸型分配器的结构参数对其气液分配性能的影响。在冷态实验装置上进行了文丘里卷吸型气液分配器性能实验,建立了耦合群体平衡模型的欧拉-欧拉两相流模型,数值模拟了文丘里卷吸型气液分配器气液两相分配流动过程。冷模实验结合数值模拟,系统性考察了各结构参数对卷吸型气液分配器的液体分布均匀性、喷淋半径以及压降的影响。结果表明,采用具备缩-扩结构的文丘里管作为降液管能够有效提升卷吸型分配器的分布均匀度和喷淋半径,并显著降低压降。通过正交试验,获得了主要结构参数与分配性能的相关性,给出了结构参数与性能指标的经验关联式。降液管的扩张段是改善液体分配性能的关键结构,其扩张角为30°时液体分配性能最好。     

A new streamlined bubble-cap distributor for high gas–liquid ratio and the liquid distribution mechanisms

The bubble-cap distributor is the most commonly used and critical internal for trickle bed reactors but holds the inherited disadvantage of liquid central aggregation when operating at a high gas–liquid ratio. A new bubble-cap distributor with a streamlined downcomer was developed in this paper to counter back the liquid aggregation and improve its comprehensive performance. The effect of the streamline parameters of the new distributor on liquid distribution was systematically explored by the coupled Euler–Euler-population balance equation (PBE) model. Compared with the classical and polyline converging–diverging structures, the results showed that the streamlined downcomer was a key to generating radial velocity of two-phase flow and reducing the liquid central aggregation for the bubble-cap distributor. The mechanism of well-distribution was explored for the new distributor. Lower converging and diverging angles enhance the distribution performance. A downcomer with a small converging angle and a 30° diverging angle was recommended for dispersing the central aggregated liquid column and acquiring the high distribution uniformity and spray covering circle. These data would be helpful to the optimal design and scale-up of the bubble-cap distributor in further industrial applications.     

基于Galton板的固定床内示踪剂浓度分布

从概率论角度出发，利用传统的Galton板模型，以催化剂捆扎包内的一个小布袋为研究对象，建立了固定床内示踪剂浓度分布模型，得到了固定床内示踪剂浓度分布模型的具体表达式。同时，以KCl溶液为示踪剂，建立了实验装置，将模型计算值与实验结果比较，结果吻合良好，说明所建模型是可靠的。考察不同参数对示踪剂浓度分布的影响，结果表明：在固定床内，随着催化剂粒径的增大、液体喷淋量的减小、固定床高度的增加，示踪剂浓度分布曲线逐渐变得平缓。     

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。     

文丘里型气液分布器的实验与数值研究

以一种文丘里型气液分布器为对象,在直径为28 cm的冷模装置中考察了其流体力学性能。气、液流量分别在5~25 m³·h^-1、0.2~0.6 m³·h^-1范围内,使用激光粒度仪测量了液滴Sauter平均粒径（D₃₂）,并测定了其分布均匀性和抗塔板倾斜性能。结果表明：文丘里结构加强了气液混合,与泡罩型分布器相比,此分布器具有更好的液滴破碎性能;气速增大会使出口液体从伞状流变为喷射流,但仍能在直径约为出口直径10倍的区域内均匀分布;在气、液相负荷分别为10~20 m³·h^-1、0.4~0.6 m³·h^-1时,液位在进液口和进气口之间,此时分布器具有优异的抗塔板倾斜性能。采用计算流体力学软件模拟了分布器内部气液流动过程,得到了相含率和速度矢量图,所得结果有利于分布器的分析与改进。