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.     

列管式固定床反应器流动与传热研究

本文给出了列管式固定床反应器的环形流道内的压力系数、穿孔阻力系数，平行流和错流形式的反应器管间压力分布以及温度试验结果。综合这些研究结果，可以为大型列管式固定床反应器的设计提供可靠的理论依据。     

固定床反应器传热参数的求取

采用模拟平板弯曲变形的曲面样条函数表达温度分布函数,由此建立一种在固定床反应器内由实验数据推算传热参数的算法,并求出一个温度分布函数。线性方程组的求解采用全主元高斯消去法,目标函数的求解采用单纯形法。本方法计算结果可靠,与文献值符合良好。此法还具有算法稳定,对初值要求不高等优点。     

固定床反应器中传热参数的相关分析

传热参数在无反应下敏感性不高，改变模型参数的形式只是数学上的变换，并不能提高参数估计的准确程度，放热反应存在下每个参数都变得很重要，因此对参数的准确程度提高了很高要求。     

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。     

一个大范围适用的固定床传热参数估计方法

本文研究指出，经典的一维与两维模型传热参数关系式：１Ｕ＝１ｈｗ＋Ｒ４Ｋｅｒ仅仅在Ｂｉ＜１．８０８情况下适用，而Ｂｉ的取值通常在１．１和１０之间。鉴于此，本文建立了新的传热关系式，它由Ｕ＝λ１２２ＲＫｅｒ，λ１２＝１２（１－１．３３Ａ－０．３３和Ｂｉ＝λ１２４ｅｘｐ（－ａλ１２Ｌ）Ｔ０－ＴｗＴ（Ｌ，ｍ）－Ｔｗ－λ１２三个式子组成，其使用范围可拓展到Ｂｉ１０．５３，在整个固定床操作域内无条件使用。同时，此法使Ｋｅｒ的估计从两参数的依赖关系中独立出来，实现了分步估计的目的。文中还对一个著名的传热实验（Ｃｏｂｅｒｌｙ和Ｍａｒｓｈａｌ，１９５１）进行了剖析，揭示出某些实质性问题，对传热研究中应注意的问题提出了建议。     

数学模型在固定床反应器中的应用

化学反应器是整个化工生产过程的核心装置，其中固定床反应器是应用较为广泛的反应设备，建立能准确描述其特性的数学模型，不但可以给反应器设计和最优化操作提供理论依据，更减少了工作量。实现其优化操作，具有重要意义。主要介绍了固定床反应器中各种吸附过程数学模型的建立及其相应解法。     

固定床反应器在病毒性疫苗研究中的应用

固定床反应器在病毒性疫苗的研究中已经得到广泛的应用。固定床反应器能在较小的体积中得到较高的细胞密度和病毒滴度。本文主要介绍固定床反应器在病毒性疫苗研究中的应用及其优势和存在的主要问题。     

固定床反应器有效导热系数的研究进展

详细地总结了固定床有效导热系数的研究工作，包括有效导热系数的模型，实验测写方法及应用条件，特别指出了床层径向空隙率和速度分布对模型的影响。还介绍了化学反应对计算模型的影响。     

固定床内压降的CFD分析

采用CFD法分析填充单一粒径和不同粒径颗粒固定床内的压降。分别采用PFC3D和Fluent软件建立固定床模型和模拟计算压力场,床层内颗粒流动雷诺数Re_p介于1~2 200之间。将床层空隙率、压降等模拟结果分别与已发表文献中的半经验公式的计算结果进行了比较,发现当Re_p小于120左右时压降的模拟结果与半经验公式计算结果基本吻合;而当Re_p较高时,二者之间的偏差较大;大颗粒使床层内空隙率分布的峰位置向固定床中心移动,第1个峰的位置与固定床壁面之间的距离和颗粒的质量平均直径（d₄₃）值基本相同;采用d₄₃代替半经验公式中的粒径参数,得到的压降计算结果与模拟结果更加吻合。     

基于颗粒尺度的离散颗粒传热模型

颗粒间传热在诸多工业过程中有着十分重要的作用。详细考虑颗粒间传热机理,对颗粒间各传热途径建模,包括颗粒内部导热、颗粒粗糙表面传热、颗粒表面气膜及接触颗粒间隙气膜传热,并与离散颗粒模型(DEM)耦合,建立颗粒尺度下离散颗粒传热模型。以固定床为对象,考察颗粒粒径、颗粒比热容、颗粒热导率及压缩负载对固定床有效传热系数的影响,并将本文计算值和文献的实验值及模型预测值对比,结果表明,该模型可定量预测固定床有效传热系数。本文建立的离散颗粒传热模型为合理预测颗粒体系内的传热提供了一种有效方法。     

Radiative heat transfer in circulating fluidized bed furnaces

Three methods of estimating the effective emissivity of a gas-particle suspension are compared and the radiative heat transfer coefficient of an isothermal suspension is defined. Heat flux measurements obtained from circulating fluidized bed combustors are examined. Radiation from a particle suspension with core temperature dominates the radiative heat transfer in the upper part of the furnace, where the particle density is low and no substantial particle boundary layers are formed. Over the lower parts of the heat transfer surfaces, where significant thermal and particle boundary layers are present, the radiative heat flux is dominated by emission from the relatively low temperature particle layer in the vicinity of the heat receiving surface.     

Particle scale study of heat transfer in packed and bubbling fluidized beds

The approach of combined discrete particle simulation (DPS) and computational fluid dynamics (CFD), which has been increasingly applied to the modeling of particle‐fluid flow, is extended to study particle‐particle and particle‐fluid heat transfer in packed and bubbling fluidized beds at an individual particle scale. The development of this model is described first, involving three heat transfer mechanisms: fluid‐particle convection, particle‐particle conduction and particle radiation. The model is then validated by comparing the predicted results with those measured in the literature in terms of bed effective thermal conductivity and individual particle heat transfer characteristics. The contribution of each of the three heat transfer mechanisms is quantified and analyzed. The results confirm that under certain conditions, individual particle heat transfer coefficient (HTC) can be constant in a fluidized bed, independent of gas superficial velocities. However, the relationship between HTC and gas superficial velocity varies with flow conditions and material properties such as thermal conductivities. The effectiveness and possible limitation of the hot sphere approach recently used in the experimental studies of heat transfer in fluidized beds are discussed. The results show that the proposed model offers an effective method to elucidate the mechanisms governing the heat transfer in packed and bubbling fluidized beds at a particle scale. The need for further development in this area is also discussed. © 2009 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 2009     

ANALOGY BETWEEN HEAT AND MASS TRANSFER IN THREE SPOUTED BED ZONES DURING THE DRYING OF LIQUID MATERIALS

This work, presents an experimental study of simultaneous heat and mass transfer in spouted bed zones during the drying of liquid materials. Distilled water was used as the liquid material and glass beads as inert material. The effect of the inlet gas temperature (100 to 140 °C), the feed air flow rate relative to air flow at minimum spouting (1.1 to 1.3), and liquid feed flow rate to the bed were investigated. The similarity between heat and mass transfer was analyzed using the Lewis and Chitton-Colburn analogies. Results showed that the ratio between the heat and mass transfer Chilton-Colbum factors lay between 1,31 and 1.74.     

固定床内错流传热——II.床层对壁给热系数的经验关联式

采用3种导热性能不同的固体颗粒为填充物,以空气为介质,在床层被加热的情况下,研究了固定床中内置圆管的错流传热.采用最小二乘法对实验数据进行拟合,得到以床层对壁的平均给热系数、气体的导热系数和床层中被加热圆管的管径计算的Nusselt准数经验关联式:Nuf=31(lb0/ls)1.4(Db/Dp)0.2Rep0.33Pr0.62,Rep=10~180,Db/Dp=28~116,lb0/ls=0.5~0.2.Reynolds数以固体颗粒的等外表面积当量直径进行计算.结果表明,在错流传热过程中,表征气体流动特性的参数Rep仍是错流传热的重要影响因素,Nusselt准数除与床层的结构参数Db和颗粒的当量直径Dp有关外,还与颗粒的导热系数ls和床层的导热系数lbo密切相关.     

固定床冷却的错流传热

采用挤条型催化剂载体Al2O3和合成氨铁系催化剂为填充物,以空气为介质,在床层被冷却的情况下,研究固定床中内置圆管被冷却的错流传热。被冷却床层中的等温线是以流动方向为长轴的椭圆形曲线,被冷却的区域主要在换热管的后方,其前方几乎没有影响。错流传热过程与流体流动方向密切相关,床层被冷却时,热量传递是逆流体流动方向进行,顺流动方向几乎不发生热量传递。得到了气体雷诺数为10-220,床径／粒径为3～15条件下填充低导热系数颗粒和高导热系数颗粒床层的传热关联式。