PCVD合成超纯石英玻璃工艺研究（英文）

采用PCVD方法制备超纯石英玻璃工艺中,等离子体输出功率决定了炉膛内温度场。通过气体不同温度时的电导率计算等离子体功率和效率,使用不同电导率的工作气体,导致等离子体功率改变,炉膛内温度场发生变化。使用空气作为工作气体时电导率大,输出功率达到40 k W,炉膛温度高于使用氧气,为PCVD方法合成超纯石英玻璃提供了适宜的温度场。     

CVD法制备C/C复合材料沉积炉流场数值模拟北大核心

化学气相沉积(CVD)法是目前制备C/C复合材料的首选方法,沉积炉内流场的均匀性直接影响目标产物的质量及产量。本文建立了CVD法制备C/C复合材料的沉积炉内气体流动仿真模型,采用计算流体力学方法对沉积炉内流场进行模拟,并研究主要工艺参数对沉积炉内流场分布的影响规律。结果表明,产品区域气体呈现低速均匀的流动特征,真空度增大会导致沉积炉内气体流速显著增加,但对流场均匀性几乎无影响;采用各路相同的送气方式时沉积炉内流场分布比中心增大的送气方式更均匀;较小进气量可以使沉积炉内流场更均匀。     

新型高炉煤气切圆燃烧的CFD数值研究

针对高炉煤气的特性,用4个双旋流燃烧器分布于炉膛侧壁形成内切圆的方式组织燃烧,用计算流体动力学方法对高炉煤气在燃烧炉内燃烧状况进行了数值模拟。计算采用Realizable k-ε湍流模型和混合分数-概率密度函数(Mixture-Fraction/PDF)法,分析3种不同直径的模型对炉膛内速度场和温度场分布的影响,结果表明在3 MW热负荷下,直径为1.5m的炉膛内速度场和温度场的充满度较好。     

基于Fluent的下吸式固定床气化炉工艺优化研究

为研究生物质固定床气化的影响因素,优化气化过程参数,利用Fluent软件对生物质气化过程进行模拟.结果 表明,炉膛内空气分布的均匀性和空气当量比对产气率和碳转化率有很大的影响.炉膛内气流分布均匀,有效地提高了产气热值、产气率和碳转化率.空气当量比的增大使气体热值、产气量和碳转化率先增大后减小.最佳空气当量比为0.18.     

循环流化床锅炉炉膛横向温度非均匀性模型研究

随着循环流化床锅炉不断向大型化高参数发展,炉膛截面在尺度上已远超过化工领域的循环流化床反应装置,炉膛内运行参数的横向非均匀性问题愈发突出,尤其是横向温度偏差问题,严重影响锅炉汽水系统安全和高效运行。针对300 MW亚临界三分离器循环流化床锅炉燃烧系统建立二维整体小室模型,模型以分离器为回路单元将截面划分为3个并联的小室,包括炉内气固流动模型、密相区气固横向扩散模型、稀相区气固横向扩散模型、燃烧模型及传热模型等子模型。模型计算和实炉测试结果显示,炉膛宽度方向的温度分布存在明显的不均匀性,炉膛中间小室温度高于炉膛两侧小室,并且温度偏差沿床高方向一直存在。稀相区扩散系数的取值对温度横向分布有明显影响,根据模型计算和测试数据结果比较分析,稀相区的扩散系数取值应在0. 006～0. 010 m~2/s。密相区颗粒横向混合扩散作用强烈,改变各个给煤点给煤量分配时,局部浓度变化很快被强烈的横向混合扩散作用消除,因此炉膛横向温度分布受给煤量分布变化的影响较小,与测试结果一致。导致炉膛温度偏差的主要原因是两侧小室内水冷壁面积比中间小室多,使两侧小室温度偏低,通过调整炉内屏式受热面的布置位置,可有效改善温度分布不均的问题。     

空气预热温度对立式圆筒加热炉效率与NOx排放规律的影响

炉膛内温度是炼厂加热炉最重要的工艺指标之一。用计算燃烧学的方法对某石化公司F101立式圆筒加热炉内的温度场进行了计算，实际工况温度计算结果与现场测试结果吻合良好，证明计算所选模型是可靠的。综合分析各工况热流场的计算结果表明，当空气预热温度小于500K时，炉膛内平均温度随着空气预热温度的增加而升高；当空气预热温度大于500K时，炉膛内平均温度趋于稳定，炉膛内温度分布更为均匀；当预热温度为468K时，加热炉热效率为90．6％，烟气中NOx生成量为285mg／m2，低于国家标准。综合考虑，该加热炉选择的理想空气预热温度为468K。     

隧道窑逆吹气流对温度场和速度场影响的数值模拟

本文使用计算流体动力学fluent软件,建立了隧道窑预热带三维物理模型,并采用结构化六面体网格对模型进行网格划分,选择realizable-k-e湍流模型,设置边界条件,对隧道窑预热带窑内气体流动进行数值模拟,研究逆吹气流的温度对温度场和速度场的影响。结果表明:逆吹气流可以有效的减小上下温差,提高截面温度的均匀性;逆吹温度为300～500℃时,截面温度均匀性最好;逆吹气流的温度越低,越容易造成产品的局部温差。     

再生加热炉流动及燃烧特性的数值模拟分析

应用计算流体力学方法,采用标准k-ε湍流模型、离散坐标辐射模型和涡耗散燃烧反应计算模型,对再生加热炉简化模型4种不同热负荷下的燃烧过程进行数值模拟,重点研究了炉内的流场、温度场及烟气组分分布等信息。数值结果表明:燃烧火焰受回流区影响向炉壁一侧倾斜,烟气组分分布与炉内速度场和温度场一致。通过对加热炉最大热负荷工况下过剩空气量、烟气出口回流温度及炉内负压的优化调整,使得出口流速降低,炉膛中心温度增加。理论结果为有效控制炉内的燃烧过程,优化模型参数及提高管式加热炉热效率提供参考。     

W火焰锅炉脱硝系统流场CFD优化

由于W火焰锅炉炉膛设计热负荷与火焰中心温度较高,热力型NO_x生成增加,炉膛出口NO_x质量浓度远高于其他煤粉锅炉,对锅炉后部的选择性催化还原(SCR)脱硝装置要求很高。为探究流场和组分浓度分布对SCR装置脱硝效率和氨逃逸的影响,提升装置脱硝性能,采用计算流体力学(CFD)仿真手段建立某电厂660 MW机组W火焰锅炉脱硝系统的三维计算流体力学模型,并进行数值模拟;为使计算结果更贴近实际工况,按照锅炉满负荷下摸底试验数据设定入口NO_x浓度边界条件。通过详细分析SCR系统烟气速度分布、组分浓度分布、氨逃逸等流动特性,针对流场优化、分区喷氨和新型静态混合器对脱硝性能的影响进行模拟与优化,从而提高SCR系统流场及浓度场均匀性。优化前后模拟结果表明,通过增加顶部导流板数量,可提升催化剂入口速度分布均匀性,消除催化剂入口速度较高的条状区域,优化后催化剂入口烟气速度分布相对标准偏差由20.86%降至3.80%;通过增加三角翼型静态混合器可消除入口NO_x浓度分布不均的影响,提升浓度场均匀性,分区最大氨氮物质的量比相对标...     

两种带涡流室分解炉内气相流场的模拟对比研究

针对两种带涡流室的同种类型不同炉膛尺寸不同生产效率的分解炉建立模型,运用流体力学软件,采用Euler坐标系下的Realizable k-ε模型对分解炉内的气相流场进行了模拟与对比分析。结果表明,两种分解炉内气流场规律一致,气流进入炉膛后沿分解炉壁面螺旋上升,在分解炉中心区域则形成了低速区;但是,炉膛直径小的分解炉内的气流平均停留时间稍短,约为6.70 s,而炉膛直径大的分解炉气流平均停留时间则更长,约为9.45 s,表明其旋流程度更强,更有利于延长物料在炉内的停留时间。     

乙烯管式裂解炉的数值模拟

对USC型乙烯管式裂解炉进行了系统的数值模拟,得到了裂解炉内详细的速度、温度及组份浓度分布情况,揭示了裂解炉内流动、传热、传质和反应等过程的基本特点. 裂解炉炉膛和反应管分别进行计算,通过管外壁温度相连接,直至吻合. 计算结果表明,炉膛内流动、组份浓度和烟气温度分布是相当不均匀的,使反应管管壁温度和热通量分布不均匀;模拟计算还得到了反应管长度方向上的温度、速度、压力和组份浓度的变化规律;在反应管径向上存在着明显的速度和温度分布,而组份浓度变化程度不如速度和温度明显.     

基于CFD的网带式烘干机的优化设计

为了解决网带式烘干机内部气流分布不均匀,从而导致物料干燥不均匀的问题。本文使用计算流体力学CFD软件,对网带式烘干机内部的气流速度场进行模拟研究。模拟结果是风机转速为1050 r/min时烘干机内部气流分布较合理,之后再通过调节风机的转速及风机叶片数,对不同轴流风机参数下烘干机内部的气流进行模拟分析,模拟出烘干机内物料表面各处风速,与实际生产相对比,得出10叶片的轴流风机干燥效果最好。     

Claus硫磺回收燃烧器旋流结构对反应特性影响研究

针对某炼化厂硫磺炉炉内的燃烧特性进行了三维数值模拟。构建了炉膛的三维全尺寸模型,采用FLUENT软件进行求解。主要考察了硫磺燃烧器中空气旋流角度与酸性气体旋流角度差对硫磺炉炉内燃烧反应特性的影响。计算表明,针对该硫磺炉炉型,当旋流角度差值为+15°时,酸性气与空气在燃烧器出口附近具有较大的切向滑移速度,在流场边界处形成较强的湍流混合区域,两股气流混合的速率最快,沿炉膛轴向距离最短。旋流角度差值大于或小于该范围都将对燃烧工况造成不利的影响。在最佳结构下,燃烧产生的火焰长度短,炉膛后部温度均匀,生成的SO2组分浓度分布均匀,有利于SO2与H2S的进一步反应。计算结果为新型高效硫磺燃烧器的设计提供了理论依据。     

固定床反应器内气体预分布器研究

研究了直径1 000 mm,高3 000 mm的固定床冷模装置中气体预分布器对反应器内气流分布的影响。结果表明:气体分布器可改变床层内气流流形并使径向气流的速度分布趋于均匀;随着表观气速的增加,反应器内气流的不均匀程度增加;分布器的环隙高度在一定的范围可使反应器内气流的不均匀程度相对较好。应用计算流体力学软件CFX对固定床反应器内的流场进行模拟计算,并与大型冷模试验测试结果进行比较,模型计算值和冷模试验测量值吻合较好。     

燃烧器芯数对CVD熔石英玻璃性能的影响

本文通过数值模拟研究了燃烧器芯数对CVD熔石英玻璃性能的影响,讨论了采用五芯、七芯和九芯三种结构燃烧器时沉积面上的温度、OH^-浓度及SiO₂浓度分布,并分析了不同氢氧当量比的影响规律。结果表明:相比于五芯结构燃烧器和七芯结构燃烧器,采用九芯结构燃烧器可以在沉积面获得更加均匀的SiO₂浓度分布和温度分布;当使用九芯燃烧器时,氢氧当量比为1.5可以提高沉积面上温度、OH^-浓度和SiO₂浓度的分布均匀性,从而有利于提高熔石英玻璃的折射率均匀性。     

基于气流均匀分配的下进风袋式除尘器灰斗结构优化

采用计算流体动力学软件Fluent对袋式除尘器内部流场进行三维数值模拟,提出3种优化灰斗结构模型,得到除尘器灰斗内部的气流流场分布特征,将其与原灰斗结构的气流分配效果对比.结果表明,原灰斗结构气流进入灰斗后形成一股冲击射流,在选取的监测面上速度最大为8.3 m/s,最小仅为0.5 m/s,速度分布均方根值高达0.99,速度在监测面上分布极不均匀;3种优化结构中袋室内气流均匀性均比原灰斗结构显著改善,在灰斗内添加导流装置可提高气流分配的均匀性;3种优化结构中,添加竖直导流板的灰斗结构对改善气流分配均匀性最明显,比原灰斗结构流动均匀性提高了41.41%,而考虑射流偏转添加倾斜导流板或翼板的优化结构与竖直导流板相比流动均匀性无显著变化,灰斗内部射流偏转对流场分布的影响可忽略.     

玄武岩纤维池窑熔制过程的数值模拟

基于计算流体力学，分别建立了玄武岩池窑中的火焰燃烧、原料熔化以及熔液流动三大空间的数学模型。依据各空间交界面之间的热量传递和温度机制，采用Fluent软件对三大空间进行了热耦合模拟。在模型经实验验证的基础上，分析了三大空间的温度场、速度场的分布特性。研究结果表明：所构建的数值模拟方法可用于指导玄武岩池窑设计和参数优化；顶烧枪的布置方式可保证火焰空间的整体温度分布较为均匀，并能够维持熔液表面附近的气流温度在较高水平；沿着熔液流动空间的自由表面直至池窑底部，熔液的温度首先逐渐升高并在电极高度附近达到最大值，之后开始下降；采用电助熔技术可有效提升池窑深度方向上的温度均匀性，从而大大提升生产规模，降低成本。     

旋风-滤筒复合除尘器的数值模拟及优化

运用Fluent软件对旋风-滤筒复合除尘器进行了模拟分析,并通过运用开口型挡板和加装底部导流板的方式对它进行优化。模拟分析显示,挡板的长度对气流分布有较大影响;优化结果显示,开口型挡板能够有效降低气速,底部导流板能够有效提高气流分布均匀性。优化后的模型和原模型相比,平均气速降低42.0%,气流分布均匀性提高82.8%。     

IGCC气化炉炉温的测算方法

由于气流床气化炉内温度较高,环境复杂,受高温熔渣和高温气流的影响,直接测量炉内温度较为困难。因此,以热传导模型为基础,通过对气化炉烧嘴罩传热过程的分析,提出估算气化炉内温度的公式,并以此计算出温差与气化炉内温度的分段曲线。与现有气化炉温度分段曲线的对比结果表明:该方法能够更为准确地估算炉膛温度,适合气化炉内温度控制。而且,该方法不需要额外增加任何设备。     

工业燃气增压粉煤气流床气化炉数值模拟

对制工业燃气的新型增压气流床气化炉气化过程采用三维数值模拟研究,建立可靠的数学模型,预测了气流床气化炉内的流场分布、温度分布以及气体成分分布,并对模拟结果进行了分析.结果表明,炉内流场能够合理地反映气化炉内的反应趋势及进程;该炉型结构能够使炉内温度场均匀,平均温度水平上升;出口气体成分的模拟值与文献值吻合良好.