新型洗涤冷却室内气液两相的分布特性

采用双头电导探针法对新型洗涤冷却室环隙鼓泡床内气液两相的局部气含率、气泡直径等分布规律进行了实验研究,并用Fluent商业软件对床层内气含率分布进行了模拟计算,模拟结果与实验结果吻合较好。研究结果表明：新型洗涤冷却室内部构件对环隙鼓泡床内气液两相的分布特性影响显著,气相分布更加均匀,液面波动更趋平稳,有效地减少了气体带水问题,相比国外技术具有更好的操作弹性。     

气升式内循环反应器的数值模拟和结构参数

采用Euler-Euler双流体模型对内循环反应器(高1240 mm,直径165 mm,导流筒高590 mm)进行数值模拟,考察了表观气速、导流筒结构(导流筒内径比Dt/D,底隙高度)对反应器内上升区、下降区流体力学参数(气含率、液体速度)的影响. 结果显示,表观气速、导流筒内径、底隙高度对反应器气含率、液体速度有很大影响,随表观气速增加,反应器上升区、下降区气含率都增加,导流筒内径比为0.58时更易实现气液循环,底隙高度为30 mm时反应器内下降区气含率、气液速度都最小;气液分离器角度越大,进入下降区的气体越多,当气液分离器角度为45o时,能更好地实现气液循环.     

新型洗涤冷却室内的气体带液问题

通过对Texaco水煤浆气化炉新型洗涤冷却室内不同操作条件下气体对液滴夹带量及带出量的测定,得出了气体带液量同床层内气速及气液分离空间高度之间关系的统计模型.研究结果表明,洗涤冷却室内液滴夹带量主要与气液分离空问高度、床层内气速及液位等因素密切相关,带液量随着气速、床层液位的增大而增大,随着分离空间的减小而增大.新型洗涤冷却室内部构件对气体的带液量起到很大的阻拦作用,有效地减轻了洗涤冷却室内气体带水问题.在离气体出口0.1 m左右的范围内,存在一个气体加速区,气量越大,这个区域对液滴的带出量影响越显著.     

多相气升式环流反应器局部相含率和环流速度

气升式环流反应器流动特性研究大多都局限于流动参数的平均特性研究,涉及气-液-固系统流动特性的研究也较少。在200×2500mm气升式环流反应器内,实验研究了空气-水两相及空气-水-玻璃珠三相体系中局部气、固相含率以及浆(液)相环流特性等随操作条件以及液、固相物性的变化规律。结果表明:1两相体系导流筒中截面平均气含率轴向分布有局部极大值,而固体和乙醇的加入使得气含率轴向分布平缓;2两相体系循环液速在导流筒中呈径向抛物分布,在环隙分布较均匀,加入固体和乙醇后对循环速度分布和大小影响不大;3三相体系中导流筒内固含率沿轴向升高呈增大趋势,环隙内轴向分布均匀;导流筒内、外固含率径向分布均不均匀,以近壁处为大;加入乙醇后对固含率分布影响不大。     

固体装载率对局部相含率与液体速率的影响

在高径比(H/D=22.2)的气升式内环流反应器中,以空气-水-石英砂为物系,研究了固体装载率和表观气速对导流筒内局部固含率、下降区固含率、下降区液体速率的影响,以及导流筒内局部气含率、固含率随轴向高度的分布规律。结果表明,固体体积分数小于或等于1.0%时,导流筒内局部固含率和下降区固含率与表观气速无关;下降区液体速率随表观气速和固体装载率的增加而下降;固定表观气速,在固体体积分数小于或等于2.0%时,导流筒内气含率在轴向是均匀分布的。     

气升式环流反应器流动特性的数值模拟

应用Fluent计算流体力学软件，通过数值模拟的方法考察了气升式环流反应器内导流简直径、导流筒高度、导流筒安装高度以及液相进口速度对反应器内两相流动的影响。计算结果表明：导流简直径增大。液相循环量和上升段气含率均增大；导流筒高度增大，液相循环速度和循环量均增大，但是当导流筒的高径比增加到6．3后，液相循环速度和循环量反而减小；导流筒安装高度增加．液相循环速度及循环量均增大，升液管气含率降低；增加液相的进口速度，虽然上升段的液速有所增加，但是降液管循环液速及循环量基本不受影响。最后计算了反应器内液相速度随进口气速的变化情况，并与实际测量值进行了比较，模拟值和测氨值都表明随着进口气速的增加，液相循环速度随着进口气速的增加而增加．两者呈现良好的一致性。     

气升式内环流反应器的气含率研究

建立了气升式内环流反应器的冷模实验装置,以空气-水两相系统为研究对象,采用压差法测定了反应器降流区的气含率和升流区气含率,采用体积膨胀法测定了反应器总体平均气含率.通过改变导流筒直径、高度及底部封头形状,考察了结构参数对气含率的影响;通过改变通气量和上清液高度考察了操作参数对气含率的影响.建立了气含率的数学模型,并将试验数据拟合,得到不同结构反应器的模型参数.     

气体分布器结构对气升式环流反应器内气液两相流动的影响

使用欧拉两流体模型研究气体分布器结构对气升式环流反应器内气液两相流动的影响,预测了环己烷氧化反应器内单环结构、三环结构、五环结构的气体分布器时反应器内液相速度分布、气含率分布、液相循环速度以及液相微观混合特性.模拟结果表明,在等量的进气流量下,气体分布器环数增加,液相速度分布和气含率分布更趋均匀;气体分布器环数增加,液相推动力增加,从而使得液相循环速度增加,液相的宏观混合效果增强;气体分布器环数增加,导流筒内外的平均气含率增加.随机游走模型模拟结果表明,气升式环流反应器与普通鼓泡床反应器对气体分布器结构要求不同.     

垂直降膜、鼓泡流动特性与传热机理研究进展

目前对于煤气化技术中洗涤冷却室内喷淋床的垂直降膜液膜波动特性以及鼓泡床中气体穿越液池过程的流动机理尚不清晰,本研究详细阐述洗涤冷却环进水口方式、液相雷诺数Re_l、气相雷诺数Re_g、下降管高度和管径等因素对垂直降膜中轴、周向液膜厚度、速度分布以及传热传质特性的影响机理。另外对鼓泡床中气体穿越液池过程的研究现状进行综述,尤其是气液夹带理论、气泡形成理论、气体负浮力射流理论、内构件破泡板的结构以及液相物性对气含率的影响理论和两相及多相流理论等。最后对洗涤冷却室内未来的可行性研究进行展望,为工业上气化工艺的合理实施以及能源利用提供参考性建议。     

含细长颗粒的洗涤冷却室内的多相分布特性

采用改进的直接取样法,在按几何尺寸缩小的工业气化炉洗涤冷却室冷模装置内,同时测量不同操作条件下的轴径向局部固含率和气含率,对细长颗粒在洗涤冷却室内的多相分布特性进行研究。结果表明：以下降管出口截面为界,洗涤冷却室可分为上部气液固混合区和下部固液流动区,其中上部区域由下降管出口区、破泡板作用区和气垫层区组成,下部区域由气相湍动作用区、回流区和二次流动区组成;在颗粒阻碍效应减速沉降和团聚效应加速沉降的共同作用下,轴向固含率呈现波动分布;环隙气速、固相体积分数和长径比的增加均会增强床层的湍动,促进气体的径向扩散;操作条件的改变使颗粒的漂移速度发生改变,径向固含率分布出现波动;在气相扰动和回流作用下,二次流动区呈现环状流动,流体和颗粒的"壁面效应"使该区域的固含率呈现中心高边壁低的特点。     

Gas holdup in a two‐phase reversed flow jet loop reactor

Experimental investigations have been carried out in Reversed Flow Jet Loop Reactor (RFJLR) to study the influence of liquid flow rate, gas flow rate, immersion height of two‐fluid nozzle in reactor and nozzle diameter on gas holdup without circulation, that is, gas–liquid mixture in draft tube only (E_gd) and gas holdup with circulation loop (E_g). Also critical liquid flow rate required for transition from draft tube to circulation loop has been determined. Gas holdup was measured by isolation valve technique. Gas holdup in draft tube and circulation loop increased with increase in liquid flow rate and gas flow rate. It is observed that the increased flow rate is required for achieving a particular value of gas holdup with larger nozzle diameter. Nozzle at the top edge of draft tube have higher gas holdup as compared to other positions. It has been noted that, no significant recirculation of gas bubbles into the top of draft tube from annulus section has been observed till a particular liquid flow rate is reached. A plot of gas holdup with no circulation and with circulation mode determines minimum liquid flow rate required to achieve complete circulation loop. Critical liquid flow rate required to achieve complete circulation loop increases with increase in gas flow rate and is minimum at lowest immersion height of two‐fluid nozzle.     

Hydrodynamics in down flow jet loop reactor

Gas holdup and liquid circulation time were measured in a down flow jet loop reactor for air–water system. It was observed that the circulation time decreases with an increase in nozzle diameter, draft tube to column diameter ratio and liquid velocity. Th gas holdup increases with an increase in gas and liquid velocities. The optimum draft tube to column diameter ratio was found to be 0.438. Correlations for gas holdup and circulation time involving operational and geometrical variables are presented.     

Gas holdup and overall volumetric mass transfer coefficient in a modified reversed flow jet loop reactor

Experiments were conducted in a modified reversed flow jet loop reactor having the liquid outlet at the top of the reactor to determine the gas holdup and overall volumetric mass transfer coefficient in the air-water system. The influence of gas and liquid flow rates, and the draft tube to reactor diameter ratio were studied. It was observed that both gas holdup and volumetric mass transfer coefficient increased with increased gas and liquid flow rates and were found to be significantly higher in the modified reactor compared to the conventional one. The optimum draft tube to reactor diameter ratio was found to be in the range of 0.4 to 0.5. Empirical correlations are presented to predict gas holdup and overall volumetric mass transfer coefficient in terms of operational and geometrical variables.     

连续内环流三相反应器局部流动特性

在φ200 mm×2500 mm连续内环流三相反应器内,考察了空气 水 玻璃珠体系反应器内局部流动参数随操作条件的变化规律。结果表明,导流筒内截面平均气含率随表观气速的增大而增大,较之气液两相流,在低固含率时,加入固体对气含率影响不明显,而在较高固含率下,气含率有明显降低,但固体再增加时对气含率变化影响不大。在较低表观气速下,进料浆速对导流筒内气含率轴向分布趋势有一定的影响,但在较高表观气速下影响不大,导流筒内的气含率大于环隙内的气含率且随气速增大差别更加明显,浆相连续有利于气相分散并增大环隙内的气含率。导流筒内循环浆速径向分布呈抛物状,中心高、近壁处低,受进料浆速和入口固含率影响都不大。浆相循环强度最低为20,高可达180。固含率轴、径向分布受表观气速和进料浆速的影响,固含率轴、径向分布基本均匀,随进料浆速增加,反应器内固含率降低。     

分布器结构对环流反应器气含率分布的影响

采用κ-ε二方程模型和欧拉多相流模型,对一种单筒单级气升式气液环流反应器内的湍流气液两相流进行了全尺寸的数值模拟研究,考察了采用3种不同气体分布器时反应器内气含率和流速分布的细节.模拟结果表明不同结构的分布器对总体气含率和内筒中的两相速度分布有很大影响,因而对气含率分布和气液两相接触效果有较大影响,从而对反应过程产生影响.单环分布器产生的气液两相接触效果较差,对于反应过程很不利.对于大直径的环流反应器推荐使用多环分布器.计算所得的整体气含率与实测的整体气含率进行了对比,吻合较好.     

下喷自吸环流反应器内液相局部流动特性

对下喷自吸环流反应器内气－液两相流和气－液－固三相流体系的液相局部流动物性进行了深入的实验研究。采用改进皮托管法和线－线双探针电导法分别对液相瞬时速度和液含率进行了微机在线测量，并借助湍流统计理论对液相局部流动参数和局部液含率进行了统计分析和处理，着重讨论了喷射液体流量和固体粒子加入量分别对喷射有效区和导流筒内管流区液相局部流动参数和液含率的影响。     

Development of airlift bubble column dispersed with micro‐bubbles

Micro‐bubbles were dispersed in the bubble column with draft tube, and the length and diameter of draft tube were changed. The flow characteristics in air–water system were measured. Ozone gas and methylene‐blue aqueous solution were used, and the decomposition performance was examined. With increasing draft tube length, both the gas holdup and liquid velocity in the annular section increased. When the diameter ratio of draft tube to column was about 0.5, both the gas holdup and liquid circulation flow rate had maxima. For the decomposition by using ozone, the installation of draft tube enhanced the mass transfer and decomposition performance.     

气液两相流段塞流持气率快关阀法优化设计

快关阀法(quick closing valve,QCV)是气液两相流流动实验中常用持气率标定手段。特别是由于段塞流中气塞与液塞表现为随机可变流动特性,不合理的快关阀间距及截取次数选择将会导致持气率测量误差增大。提出了一种持气率快关阀法优化设计方案。首先,采用环形电导传感器上下游阵列信号计算流体相关流速,根据相关测速结果提取上游传感器信号对应流动工况的气塞与液塞间隔长度序列,采用Maxwell方程提取液塞中含泡持气率;在此基础上,再依气塞在管道内占比模拟计算不同快关阀间距时捕获的持气率波动序列。通过分析持气率序列波动,从统计学角度指出了95%置信度及5%允许误差情况下所需最低截取次数。最后,在快关阀门间距为1.55 m的条件下对段塞流所需截取次数进行了实验验证。通过对快关阀法持气率测量误差进行统计分析,证明了设置两个快关阀门间距的充分条件。