加V形导流槽的跑道式藻池CFD模拟

针对传统跑道池容易出现藻液分层和微藻培养密度低等不足,本文提出了一种具有同时增加表面积体积比和导流作用的透明V形导流槽,并采用CFD模拟了导流槽的V形倾斜角、藻液深度和进气速度对反应器内速度场分布的影响。结果表明：通过导流槽下表面的导流作用,气升混合所影响的范围被扩大到两侧池壁附近的流域,在竖直方向形成了比较均匀的上下层之间的流场循环。从而改善了藻液的混合以及光照条件,也增加了CO2在藻液中的停留时间。优化后的V形导流槽的倾斜率为0.1,藻液深度为0.3 m,进气速度为0.1 m/s。在优化条件下,速度场的分布比较均匀,平均速度适中,有利于防止微藻附壁生长和沉淀,能量消耗也相对较小。     

甲醇反应器的CFD模拟与换热优化

混合气制备甲醇是目前较为常用的工业生产甲醇方法,利用CFD软件模拟甲醇的固定床反应器,在Fluent中输入主副反应的动力学,得到模拟结果并针对该强放热反应提出设备换热上的优化方案,在提高甲醇产量的同时,保证反应器内部有较高的正向反应速率。     

生物反应器的CFD模拟及结构设计

利用计算流体力学（CFD）软件Fluent,以多重参考系法对发酵行业中的发酵罐搅拌流场进行整体数值模拟。基于标准的κ-ε紊流模型模拟了发酵罐内的流场分布,分析了垂直面和水平面上液相流的流场分布及规律,可为搅拌器的结构设计提供参考。     

曝气膜生物反应器的CFD模拟

利用Fluent软件对曝气膜生物反应器中气液两相流动进行模拟计算,探讨了进气气泡的直径、进气速度及膜纤维束的长度等因素对膜生物反应器内液体流动、气体分布的影响.结果表明,减小气泡的直径并适当增大进气速度、膜纤维束长度可以有效提高膜生物反应器内气体的分布和液体与气体的接触,从而促进气液两相进行高效的传质.     

工业级错流列管式固定床反应器的CFD模拟

工业级大型列管式固定床反应器壳程温度场与流场的均匀程度与反应的转化率及选择性密切相关。通过添加阻力源项和分散热源项,对工业级全尺寸错流列管式固定床壳程流场及温度场进行了CFD模拟研究,并进一步考察了折流板窗口区大小及其位置对壳程压降与温度分布的影响。结果表明,模拟得到壳程压降与由经验公式计算得到的压降较为接近,且壳程温度分布与工业实际数据吻合;增大窗口区面积,壳程压降呈现指数下降,同时高温差区（径向温差大于2 K）的范围与径向温差变大;随着第1块折流板位置降低,高温差区范围及径向温差均减小,但压降并不呈现规律性变化。模拟方法可用于工业级大型列管式固定床反应器的优化及设计。     

LiH合成反应器的CFD模拟与过程强化

为了强化釜式氢化锂(LiH)合成反应器,采用计算流体力学(CFD)方法模拟了该坩埚反应器在静态操作、机械搅拌和气体鼓泡三种情况下的物质传递、化学反应和流体运动规律。模拟结果表明:自然对流对反应有较大的促进作用,其使LiH脱离反应界面,保证界面处"新鲜"金属Li与氢气的有效接触;另外,自然对流也促使反应器内物料良好混合;机械搅拌虽提高了反应物料的混合状况,但并不显著增加反应界面,过程强化程度有限;气体鼓泡可大幅度增加气液接触面积,反应时间大幅度缩减,是一种优选的LiH合成反应器构型。     

生物搅拌反应器内混合情况的CFD模拟及在发酵中的应用

用计算流体力学(CFD)方法模拟了50 L生物反应器中不同的,搅拌桨组合对搅拌流场、混合时间的影响,并从流体力学角度对生物反应器搅拌桨组合进行了优化.将模拟优化结果用于重组大肠杆菌发酵过程,结果表明,优化后的搅拌桨组合可以改善发酵罐内部的流场和气体分布,能够明显降低获得相同溶氧所需的转速和最大通气量,而菌体生物量和产酶水平也略有提高.     

下行床反应器内催化裂化过程的CFD模拟

耦合湍流气粒多相流模型和催化裂化集总动力学模型,建立了描述下行床内多相流动和催化裂化过程的反应器数学模型,并利用计算流体力学单元模拟软件CFX4.3对下行床内的催化裂化过程进行了数值模拟及分析.模型能预测出在工业应用中反应器内最受关注的诸多参数,如固含率、相间滑移速度、压降、气固相的加速区以及各组分浓度的分布情况.预测结果表明,气相反应的进行将导致反应器内的气粒流动行为发生较大变化,充分考虑反应与流动行为的耦合十分重要;而反应器床径的增大将导致转化率和各产物收率的下降.     

三相滴流床反应器基于CFD的模拟方法探究

滴流床反应器是一种典型的气液固三相反应器,广泛应用于化学与石油加工工程。相间、相内传质以及催化剂表面相互作用、催化剂的有效润湿率、反应器流体力学、反应器模型等这些因素都影响着滴流床的反应性能。文章采用的滴流床反应器即是在固体催化颗粒床层内气液两相反应物自上而下流动(沿重力方向)的一类反应器。苯二酚是重要的精细化工中间体,用途非常广泛。我们采用CFD模拟了苯酚氧化生成苯二酚的反应。用网格划分粗细的影响及床层催化剂空隙率对流场的影响,计算为三维模拟计算。模拟了局部气含率、持液量,压力降,轴向速度分布及其径向分布速度等数据,探究了模拟方法,为进一步研究提供了参考依据。     

费托合成浆态床反应器的CFD模拟

利用基于多流体模型框架的瞬态计算流体力学(CFD)预测了流场、浓度分布、压力变化及放大效应等流体力学特征,结果显示:集液杯起到很好的脱气作用,改变了周围流场和反应器压降;不含内构件的区域,浆液在中心处向上、边壁处向下流动;对于三维模拟,小直径反应器的集液杯顶端下方出现气含率增加的现象,放大后此效应消失,集液杯上的压降随着集液杯距离中心增加而减小,而受力则先增加后减小,为其合理设计提供了理论依据。     

非对称陶瓷膜管渗透性能的CFD模拟研究

陶瓷膜因其化学稳定性好、机械强度大等优点得到广泛应用。计算流体力学(CFD)的快速发展使得计算模拟成为研究和优化陶瓷膜管结构性能的有效手段。为了优化非对称结构陶瓷膜管的结构和操作参数,对其渗透性能进行了CFD计算模拟。针对非对称结构陶瓷膜管的膜层和过渡层的厚度在10 μm级的特点,采用Navier-Stokes方程和Darcy定律来分别描述膜管内和膜多孔介质内的纯水流动,利用多孔介质模型描述膜管的主体支撑层,用多孔跳跃边界简化膜管的膜层和过渡层,利用Konzey-Carmen方程对膜元件各层的渗透率进行估算。计算结果与实验值吻合较好,为优化陶瓷膜管的通道结构提供了便捷的工具。     

CFD simulation on membrane distillation of NaCl solution

A computational fluid dynamics (CFD) simulation that coupled an established heat and mass transfer model was carried out for the air-gap membrane distillation (AGMD) of NaCl solution to predict mass and heat behaviors of the process. The effects of temperature and flowrate on fluxes were first simulated and compared with available experimental data to verify the approach. The profiles of temperature, temperature polarization factor, and mass flux adjacent to the tubular carbon membrane surface were then examined under different feed Reynolds number in the computational domain. Results show that the temperature polarization phenomena can be reduced, and mass flux can be enhanced with increase in the feed Reynolds number.     

多层带式干燥机风速场的CFD模拟及检验

多层带式干燥机箱内风速分布不均匀是导致干燥效率低、干燥不均匀的主要原因。对多层带式干燥机风速场进行了实验研究，建立了多层带式干燥机箱的CFD理论模型，对其风速场进行了数值模拟，并与实验测试结果进行对比，认为用CFD方法模拟多层带式干燥机箱内风速场是可行的。     

用CFD研究气升式内环流生物反应器下降管中的流体力学性质

在对气升式内环流生物反应器内部流动分析基础上,全面考虑反应器下降管中气泡的并聚破碎、气液两相间相互作用和滑移等, 建立了能描述反应器下降管中复杂流动的CFD数学模型. 运用CFX-4.4对模型方程进行求解, 通过求解得到了包括气液两相速度场、局部气含率分布等详尽信息,并就液相流动速度与相应条件下的PIV测试结果进行了比较,主体流动速度的偏差在20%以下,且两者总的变化趋势一致.该模型能较好地预测反应器下降管内的复杂流场.     

旋流脱气性能影响因素的CFD模拟

液体脱气是工业生产环节不可缺少的部分。脱气式旋流器能够在线、快速地进行脱气工作, 但目前发展处于初期阶段, 对于其脱气性能影响因素的探究还不全面。本文采用计算流体动力学(CFD)的方法, 运用流体力学软件Fluent, 在H₂O-CO₂的两相体系、湍流模型采用Reynolds应力模型、多相流模型采用Mixture混合模型的条件下, 对不同柱径比的液体脱气式旋流器进行数值模拟, 利用旋流离心场的离心力和压力梯度对微小气泡进行分离, 获得了对5～50μm不同直径气泡的分离性能以及进口流速对气泡分离性能的影响关系。研究发现, 在一定条件下, 随着柱径比值的增大, 脱气效率总体上先逐渐增大, 超过一个极限值后迅速减小, 但柱径比越大, 越有利于小气泡颗粒的迁移分离;分离效率随着进口流速增加而增加, 到达极限之后效率降低。     

翼型轴流桨推力系数实验及CFD模拟

对几种不同型式轴流桨的推力系数进行了实验及CFD模拟研究。结果表明:四宽叶翼型桨A的推力系数最大,三窄叶翼型桨D推力系数最小;模拟结果与实验结果有很好的吻合;四宽叶翼型桨A较其它几种轴流桨形成的全釜大循环更为彻底,没有发生分区现象;四宽叶翼型桨A在叶端线上的最大轴向速度远大于其它4种桨;四宽叶翼型桨A最大轴向速度随着r/R的增大而逐渐减小且逐渐向釜底方向移动。在水体系中的实验结果表明:当通气量Qg为1.1vvm,P/V≥1.5kW/m3时,四宽叶翼型桨A-透平桨组合的传质系数较双层透平桨组合高约9.6%。     

CFD simulation of the hydrodynamics in an internal air-lift reactor with two different configurations

Computational fluid dynamics (CFD) was used to investigate the hydrodynamic parameters of two internal airlift bioreactors with different configurations. Both had a riser diameter of 0.1 m. The model was used to predict the effect of the reactor geometry on the reactor hydrodynamics. Water was utilized as the continuous phase and air in the form of bubbles was applied as the dispersed phase. A two-phase flow model provided by the bubbly flow application mode was employed in this project. In the liquid phase, the turbulence can be described using the k-? model. Simulated gas holdup and liquid circulation velocity results were compared with experimental data. The predictions of the simulation are in good agreement with the experimental data.     

市政污泥化学调理装置CFD模拟

市政污泥机械脱水前多采用化学调理,调理装置搅拌过程中的流场分布直接影响调理效果。采用多重参考系-流体体积模型对实验室污泥调理罐(内径为40 cm)的流场特性进行计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)模拟研究,验证了实验室调理罐模型气液两相分布情况。实验室调理罐的模拟结果表明:单层直桨叶调理罐的搅拌桨直径与调理罐内径比优化值为1:1.75,挡流板宽度与调理罐内径比优化值为1:20,可有效消除流体旋涡,增强湍动作用。在此基础上,对中试调理罐(内径为110 cm)的流场特性进行模拟并与实际测量值校验。该研究采用的多重参考系-流体体积模型可为同类污泥调理罐设计与优化提供参考。     

湍动流化床过渡段中颗粒速度分布的光纤测量与模拟

流化床中颗粒速度的测量一直是个技术上的难点。今针对光纤测量信号提出一种基于互相关原理的时均速度计算方法。考虑到数据分段计算时其可靠性方面的差异,将互相关系数作为第二权重因子引入时均速度计算公式。利用PV6D光纤探针在200 mm直径流化床中测得的原始信号,对比了三种数据处理方法所得的颗粒时均速度,并分别计算其床层截面颗粒净流率,说明提出的方法可靠性更高。据此测量了流化床过渡段不同高度处颗粒时均速度的径向分布,并采用修正的三段曳力模型来描述具有团聚行为的颗粒曳力,进行计算流体力学模拟。测量与模拟结果均表明,从过渡段到稀相段,床中心区的颗粒速度先降低后升高,其径向分布也从陡峭变平缓,然后再次趋于陡峭。颗粒速度分布的上述规律主要由固含率与气速的径向分布共同作用所致。