非定常绕流主动控制的数值分析

为抑制圆体后尾流区涡脱落,降低流动阻力;在主圆柱体后方以上下对称方式各设置一旋转小圆柱体,以此实现对流场的控制。采用数值模拟方法,对采用此控制策略下的二维非稳态圆柱绕流尾流流动特性进行了分析研究;考察了Re=200时,附属小圆柱旋转速度α及旋转方向对主圆柱尾流流动特性的影响。数值模拟结果表明:当上部小圆柱顺时针旋转、下部小圆柱逆时针旋转时,可以抑制涡脱落并降低流动阻力;当α=2.4时即可实现对主圆柱体尾流区涡脱落的抑制效果;同时阻力系数和升力系数得到较大幅度降低,圆柱绕流的尾流流动特性被完全改变,有效控制了尾流区的不稳定性;而当上部小圆柱逆时针旋转、下部小圆柱顺时针旋转时,会导致尾流涡量增强,阻力及升力系数增大。     

回转干馏炉内油页岩颗粒群断续给料混合运动模式

采用0～12mm油页岩颗粒群,研究回转干馏炉的填充率、转速、抄板形式等对油页岩不同粒度颗粒混合运动特征,探明其在回转干馏炉内运动形态及混合机理。研究结果表明:填充率、转速及抄板形式对颗粒群运动和混合过程有重要影响;混合机理方面,对流、扩散、剪切对混合过程均有一定的作用,但对流起主要作用;随着填充率增大,颗粒群易产生分离效应;转速降低时,采用直角抄板比直抄板颗粒群混合程度好。     

微通道内单柱绕流特性的Micro-PIV实验研究

采用微观粒子成像系统（Micro-PIV）实验研究了6<Re<300范围内微通道内D=0.4mm圆柱的绕流特性，获得并分析了不同Re下不同高度流层的速度场、涡量场、湍流强度场及回流区漩涡结构。研究结果表明，微圆柱绕流出现漩涡的第一临界Re在10左右，随着Re的增大，尾流区涡长度和宽度增加，尾流区域增大，漩涡中心后移；由于黏性阻滞，越靠近微通道壁面，主流速度越低且分布越均匀；不同高度下回流区长度相同，远离壁面的平面尾流区漩涡中心沿流动方向后移；高涡量区与高湍流强度区分布在微圆柱两侧，说明该位置流体混合较为剧烈，随着Re的增大，涡量增加，高涡量区变窄、变长，湍流强度及高湍流强度区域增大，当Re>200，不同高度流层的湍流强度差别较小。     

回转干馏炉内颗粒间传热特性的数值模拟

将离散元方法与颗粒热传导模型相结合,研究了页岩灰颗粒与油页岩颗粒在回转干馏炉内的混合传热过程,采用混合指数、颗粒平均温度和温度标准偏差作为评价混合传热效果的指标,分析了填充率、炉体转速、油页岩粒径及抄板形式对颗粒间混合传热特性的影响规律。结果表明,炉体转速和油页岩粒径是影响颗粒混合传热效果的主要因素,而填充率和抄板形式对混合传热效果的影响相对较小。当炉内未设抄板时,随着填充率和油页岩粒径的增大,颗粒间分层现象使混合传热效果变差,而随炉体转速的提高传热效果呈现出先增强后减弱的趋势;设抄板时,抄板形式对炉内颗粒间的混合起到不同程度的扰动作用,从而使传热效果得到显著改善。     

不同扰流结构冷板传热性能研究

冷板是电子设备间接液冷系统的核心部件，在冷板内部流道增加扰流柱可以提高冷板的传热能力，在进行冷板扰流柱的设计时需兼顾降低热源温度与降低流体流过流道的压力损失两方面。结合热源温度、流体压降以及动力源耗能等因素，对内部流道含有菱柱、圆柱、水滴柱扰流结构的冷板的传热性能进行了研究。研究结果表明：含有水滴柱扰流结构的冷板的传热性能最好，且水滴扰流柱长宽比例在2.5∶1时冷板的传热性能最佳，通过缩小扰流柱尺寸、增加扰流柱数量及密度的方式可进一步提高冷板的传热性能。在本研究所实验测试的工况中，水滴柱扰流结构冷板相较于无扰流冷板，散热效果提高了60%左右。     

流动方向对循环流化床中颗粒混合行为的影响

对循环流化床提升管及下行床两种不同气固流动方式对颗粒混合行为的影响进行了较为深入的对比分析，发现在影响循环流化床颗粒混合的众多因素（如操作条件、床层直径、颗粒性质及床层内构件等）中，气固流动方向是影响颗粒轴向混合的最主要因素．当气固流动为顺重力场时（下行床），颗粒的轴向混合很小，流型接近平推流；当气固流动为逆重力场的提升管时，轴向颗粒混合将成倍增大，颗粒流动远离平推流流动．分析表明，下行床中颗粒混合仅为单一的弥散颗粒扩散，而提升管中则存在着两种颗粒混合机制：弥散颗粒扩散及颗粒团扩散．弥散颗粒的扩散基本以平推流的形式通过循环流化床，提升管中大量的颗粒轴向返混归因于颗粒团的严重返混并由此形成了提升管中颗粒停留时间的双峰分布．     

内置活动内构件回转窑内二元颗粒的运动混合研究

采用离散单元法（DEM）对内置活动内构件回转窑内二元颗粒的运动混合进行了数值模拟。探讨了添加不同长度活动内构件时（回转窑转速、活动内构件宽度及厚度均固定）示踪颗粒的运动轨迹以及颗粒整体的运动模式。用接触数指标来定量评价颗粒的混合程度,比较了添加不同长度活动内构件时回转窑内二元颗粒的混合程度。结果表明：当活动内构件长度分别为0、13mm、21mm、29mm和37mm时,长度越长,示踪颗粒运动轨迹的遍历区域越大,运动轨迹稀疏区和密集区的差别越小,比起无内构件,添加活动内构件时颗粒的运动方向更加随机,运动轨迹更加紊乱。因活动内构件的存在,颗粒的运动模式由滚落模式变为阶梯模式。活动内构件的扰动和搅拌作用可以有效增强二元颗粒之间的混合。活动内构件存在一个最优长度,过长或过短都不能获得最理想的增混效果。     

从质量流向漏斗流转变过程中的动力学分析

球床模块式高温气冷堆的堆芯是全陶瓷型包覆铀燃料制成的球形颗粒,与石墨颗粒混合堆积而成,堆芯颗粒流的流态取决于颗粒尺度的平移、旋转等动力学量,以及力链、涡旋等介尺度物理量。为了分析颗粒的平移、旋转等动力学量对颗粒流流态的影响。基于筒仓颗粒流的物理模型,首先开展了筒仓颗粒流流变过程的实验测量,并使用基于 Hertz-Mindlin和 RVD （relative velocity dependent）滚动摩擦接触模型的离散单元法 （distinct element method, DEM）,研究了锥形筒仓颗粒流流变过程中球形颗粒的动力学量。进一步,基于DEM计算结果进行分析,发现筒仓自上而下呈现出质量流向漏斗流过渡的混合流状态。在筒仓混合流的不同流型区域中,平移速度和旋转速度之间的相关性是相反的;颗粒间的相对切向运动较大的区域集中在漏斗流区域与边壁区域。了解筒仓流变过程中颗粒的动力学特征,有助于优化筒仓颗粒流动,并减少颗粒表面的磨损。     

陶瓷干法造粒搅拌槽结构对粉体混合效果的影响

为探究圆柱形和双层正八边形陶瓷干法造粒搅拌槽对粉体混合效果的影响.采用欧拉-欧拉方法构建气-固两相流混合过程计算模型,简化搅拌槽模拟区域并通过有限体积法建立空气-粉体混合过程物理模型,利用CFD方法对两种搅拌槽内流场进行数值计算,分析粉体体积分布与速度场,对比搅拌槽结构对粉体混合效果的影响,同时通过实验分析颗粒级配与流动性.结果表明:当搅拌槽为圆柱形时,槽壁区域形成回转抛物面,底部两侧槽底出现搅拌死角,粉体堆积度为12％;当搅拌槽为双层正八边形时,槽壁与两侧槽底湍流强度高,无回转抛物面与搅拌死角,粉体堆积度为4％.实验测得两种结构搅拌槽内有效颗粒百分比分别为71％、84％,流动性指数分别为60.66、75.5,侧面验证了数值模拟的正确性.双层正八边形搅拌槽相对圆柱形搅拌槽可有效提高粉体混合效果.     

三维上流式反应器床层流动和返混特性

采用内径为280 mm的上流式反应器,以空气模拟气相、甘油和水混合溶液模拟渣油。用3种不同粒径的氧化铝球形工业催化剂颗粒为填充颗粒,考察了不同模拟物系的颗粒粒径、颗粒密度、液相黏度、不同床层的高径比和不同操作条件对上流式反应器内床层压降及其波动、床层轴向返混的影响规律。得到模拟工业运行物系和操作条件的上流式反应器床层总压降关联式,相对误差在12%以内。床层总压降均随床层高径比、颗粒密度和液相黏度增加而增大,但随颗粒粒径的增大而减小,床层压降波动随表观气速增加而增大。填充颗粒粒径越小、颗粒密度越小、高径比越大,床层内轴向返混越严重;床层内压降和轴向返混均随表观气速的增加而增大。     

颗粒在椭圆形回转干馏炉内运动分析

通过实验研究颗粒在不同椭圆滚筒内的运动情况,分析了不同填充率、不同转速和不同颗粒粒径对其的影响。由实验得出:颗粒在椭圆不同位置的运动情况并不一致,随着长短轴之比变大,运动趋于平缓;填充率降低会引起颗粒运动模式过渡区间变大,进入小瀑布模式所需转速增加;颗粒粒径增大,颗粒在筒内受重力、摩擦力的影响变得更加明显,在长轴垂直水平位置,所受惯性影响更加显著,并出现明显的多种模式相结合的运动形式。     

Bed Expansion and Particle Classification in Liquid Fluidized Beds with Structured Internals

The inclusion of a structured packing as internal in a liquid‐solid fluidized bed allows expansion of the liquid velocity operation range before elutriation, promoting the liquid solid contact and mixing. The bed expansion of liquid‐solid fluidized beds provided with structured packing as internals is examined, for solids denser than the liquid phase and within a wide range of operating conditions. A correlation to estimate the bed expansion in liquid‐solid fluidized beds using structured packing as internals is developed. In addition, the feasibility of employing structured packing as internals for favoring classification of different density particles is demonstrated by analyzing the mass elutriated from the column at different liquid velocities for single particles or binary mixtures.     

油砂热解特性及工艺与装置研究开发现状与评述

油砂是一种储量巨大的非常规石油资源,油砂热解技术具有良好的工业化前景。本文概述了油砂热解的相关基础研究进展,包括油砂热解的3个阶段、气液固三相产物的性质及多种油砂热解动力学模型的总结。分析了常压干馏、惰性气体保护热解、加氢热解、减压热解及复合热解工艺,简述了不同工艺对产品收率和产品性质等方面的影响。回顾了油砂热解的装置,从固定床、旋转干馏炉、流化床干馏炉到Alberta Taciuk Process （ATP） 装置,重点介绍了具有不同载热方式和能量回收方式的旋转干馏炉和流化床干馏炉。从能源利用效率的角度分析对比了各种热解工艺和热解设备的优势与劣势,阐明了降低能耗提高能源效率是热解技术的主要问题,进而提出了旋转干馏炉和流化床干馏炉具有更好的工业前景。     

Inertial deposition on front and rear sides of ribbons at intermediate and high reynolds numbers

Deposition of particles from gas flows on ribbons in normally expected on the front side. Collision efficiencies of ribbons are presented for this case, obtained by means of single particle trajectory computation, which is based on numerically determined flow fields in the Reynolds number range between 2 and 50 and on the potential flow model. Further, it is shown, that deposition of particles on the rear side can be caused by eddylike motion of the fluid in the wake of the ribbon. For this to occur, two conditions must be fulfilled: the free shear layer between the wake and the outer flow must be turbulent to cause lateral transfer of particles into the wake and the Stokes number may not exceed 0.5.     

旋流筛板式气固挡板流化床内压力脉动特性

在表观气速Ug=0.04~1.14 m/s时,采用旋流筛板构型的挡板式内构件,通过对比分析旋流筛板式气固挡板流化床与自由床内流动现象、压差脉动标准偏差和压力脉动标准偏差等参数,确定了旋流筛板式气固挡板流化床能有效破碎气泡的流动与操作条件。结果表明,构件下方区域颗粒随表观气速增加而不断转移至构件上方床层,造成构件下方区域密相床层高度持续降低,该区域出现3种流动状态并直接决定构件是否能破碎气泡。当Ug<0.44 m/s时,构件下方区域密相床层料位较高,形成下部为密相床层、上部为密相与大气泡交替通过构件的鼓泡床,此时构件具有抑制气泡生长并破碎气泡的作用,全床压差脉动及压力脉动标准偏差低于相同条件下的自由床;当0.44≤Ug<0.66 m/s时,密相床层料位较低,形成下部为密相床层、上部为单一稀相的湍动床,此时构件不再直接抑制气泡生长或破碎气泡,但构件下方密相床层的存在能降低构件下方及构件上方一定高度内床层的压力脉动强度;当Ug≥0.66 m/s后,密相床层完全消失,形成气体为连续相的稀相流化状态,构件不能破碎气泡、降低床层压力和压差脉动强度。     

方截面循环悬浮床内构件对气固混合行为的影响

循环悬浮床内固相浓度很低,改善气固混合对增强接触反应、提高脱硫效率起着关键作用.今在过去实验的基础上,利用方形截面床内构件简单易实现的优点,在床中部安装对称构件,考察对称内构件对两相流动行为的影响.分别从方截面正向、斜向上的颗粒浓度分布,讨论了内构件对颗粒轴向返混、径向掺混及截面浓度的作用,分析了构件尺寸对实验结果的影响.较大尺寸的内构件在适当的表观气速时能够对改善流场中气固混合及提高截面浓度起到非常积极的作用.     

Discrete element simulation of free flowing grains in a four‐bladed mixer

Numerical simulations of granular flow in a cylindrical vessel agitated by a four‐blade impeller were performed using the discrete element method. Velocity, density, and stress profiles within the mixer displayed a periodic behavior with a fluctuation frequency equal to that of the blade rotation. Blade orientation was found to affect flow patterns and mixing kinetics. For an obtuse blade pitch orientation, a three‐dimensional recirculation zone develops in‐front of the blade due to formation of heaps where the blades are present. This flow pattern promotes vertical and radial mixing. No recirculation zone was observed when the blade orientation was changed to an acute blade pitch. The system's frictional characteristics are shown to strongly influence the granular behavior within the mixer. At low friction coefficients, the 3‐D recirculation in front of the obtuse blade is not present reducing convective mixing. Higher friction coefficients lead to an increase in granular temperature which is associated with an increase in diffusive mixing. Normal and shear stresses were found to vary with mixer height with maximum values near the bottom plate. Additionally, a strong dependence between the magnitude of the shear stresses and the friction coefficient of the particles was found. The stress tensor characteristics indicate that the granular flow in our simulations occurs in the quasi‐static regime. At the same time, the averaged pressure was found to vary linearly with bed height and could be predicted by a simple hydrostatic approximation. © 2009 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 2009     

Influences of various vortex structures on the dispersion and deposition of small ash particles

Numerical simulations were conducted to study the influences of various vortex structures on the dispersion and deposition processes of 1 μm to 10 μm diameter fly ash particles on the rear side surface of a boiler tube. Turbulent gas flow was simulated with detached eddy simulation (DES) method and vortex structures in the wakes were modeled. Results suggested that the motions of particles in the near wake region were controlled by different vortex structures, and the impact efficiency and deposit concentration on the rear side surface induced by the vortices varied considerably at different velocities. The results of volume percentages distribution of the deposited particles with various diameters simulated were in good agreement with the experimental data.     

内构件对高密度提升管内流体力学及径向气体混合的影响

Effect of bluff internals on the hydrodynamics and lateral gas mixing was studied in a 0.186m ID high-density riser. With the bluff internals, the extremely non-uniform radial profiles of solid fraction and particle velocity become flat and the dense downflow layer near the wall disappears, indicating the significant enhancement of solid turbulence introduced by the internals. The fluctuation velocity and solid fraction transient signal analysis indicates a significant increase in fluctuation intensity near the wall region. The length influenced by the internals on the flow structure is about 1 meter. The lateral gas dispersion coefficient increases significantly as the bluff internals exist in the riser.