两级喷射式环流反应器流体力学与传质特性研究

为改善气体分布,提高传质性能,文中开发出一种两级喷射式环流反应器,研究了液体喷射速度、空塔气速和下级进气比对该反应器流体力学和传质特性的影响。分别采用压差法、电导电极法和动态溶氧法对反应器气含率、环流液速和体积传质系数进行了测量。实验结果表明:液体喷射速度和空塔气速的增加,环流反应器可以得到理想的流体力学和传质特性;分段进气比的变化显著影响了反应器体积传质系数,且存在最佳进气比;最佳进气比随着液体喷射速度的增加而增大,而基本不受空塔气速的影响;与单级喷射环流反应器相比,采用最佳进气比的两级喷射式环流反应器的传质效率有了显著的提升。     

三段进气环流反应器气泡参数与传质特性研究

多级环流反应器通常在段间安装多孔分布板或其它内构件,增加了流体流动的阻力,导致环流液速降低。为此,今在多级环流反应器研究的基础上,设计了一种新型三段进气、多级环流反应器,利用新通入气体的抽提力和喷射力,缓解了段间的流动压降,并加速气泡的破碎;重点考察了进气量在各段中的分配比例对分段进气多级环流反应器流体力学的影响。应用多通道电导探针气泡特征参数测量仪和溶解氧分析仪分别测量气泡参数(气含率、气泡速度、气泡直径)及体积传质系数。实验结果表明:三段同时进气时,气泡直径明显减小,气液接触比表面积增加显著;体积传质系数远高于多级环流反应器,最大值约为多级环流反应器的2.3倍。根据修正双膜理论,计算得到了三段进气时体积传质系数的经验关联式,较好地反映出体积传质系数的变化规律。     

空气-石蜡直接接触换热特性实验研究

在间壁式换热器中石蜡因为其热导率低影响了蓄热系统的换热速率,采用石蜡与空气直接接触换热可大幅提高蓄热系统的换热速率。把常温的空气通过气体分布器注入熔融状态的石蜡（100~150℃）中,具体考察了表观气速、静液位高度和传热温差等参数对石蜡-空气鼓泡换热中体积传热系数与气含率的影响。实验结果表明,随着表观气速的增大,体积传热系数与气含率随之增大,并且对于气含率,在较低的表观气速下的增长速率更快;在实验条件下,增加静液位高度都只会导致体积传热系数与气含率的降低,而改变气液温差对体积传热系数的影响不甚明显。根据实验结果获得了石蜡与空气直接接触换热的体积Nusselt数经验关联式。     

空气-石蜡直接接触换热特性实验研究

在间壁式换热器中石蜡因为其热导率低影响了蓄热系统的换热速率,采用石蜡与空气直接接触换热可大幅提高蓄热系统的换热速率。把常温的空气通过气体分布器注入熔融状态的石蜡(100~150℃)中,具体考察了表观气速、静液位高度和传热温差等参数对石蜡-空气鼓泡换热中体积传热系数与气含率的影响。实验结果表明,随着表观气速的增大,体积传热系数与气含率随之增大,并且对于气含率,在较低的表观气速下的增长速率更快;在实验条件下,增加静液位高度都只会导致体积传热系数与气含率的降低,而改变气液温差对体积传热系数的影响不甚明显。根据实验结果获得了石蜡与空气直接接触换热的体积Nusselt数经验关联式。     

蒸汽在过冷液体喷雾上直接接触相变换热过程实验研究

以水为工质,通过实验研究了饱和水蒸汽与过冷水喷雾逆流直接接触冷凝换热过程,考察了不同入口液相温度下液膜厚度及破碎长度变化、液膜轴向及径向的温度分布;基于实验数据计算出了液膜局部传热系数及总传热系数。实验研究的结果表明,直接接触冷凝换热过程中,低入口液相温度时的液膜厚度和破碎长度更大;液膜在径向方向上存在温度梯度变化,液膜表面的温度较高,中心存在1个最低温度;随着液膜运动轴向距离的增大,液膜温度逐渐升高,喷嘴出口处液膜的温升最快,在整个喷雾的冷凝换热过程中,液膜温升占喷雾换热总温升的80%～85%,因此相比液滴,液膜起主要换热作用;喷嘴出口处的局部传热系数最大,并随着轴向距离增大逐渐减小。实验得到总传热系数的值远大于传统的膜状冷凝传热系数,体现了蒸汽-过冷液体喷雾这类直接接触换热方式的优势。     

含不凝气体蒸汽泡直接接触冷凝

通过可视化实验研究了含空气蒸汽泡的冷凝行为和传热特性,气泡中蒸汽质量含量在0.5～0.8之间.在两种不同的过冷水温度下,混合气体气泡分别由直径1.5 mm和3 mm的喷嘴以不同的速度喷入静止的过冷水空间中.通过高速摄像机记录气泡冷凝过程,通过气泡体积变化状况计算气泡热力学参数,进而计算气泡的冷凝传热系数.结果表明,气泡在冷凝过程中不断变形,且在冷凝开始时,气泡出现中空现象;冷水温度越低,冷凝传热系数越低;气泡体积越大,冷凝传热系数越低;喷嘴直径对冷凝传热影响不明显;不凝气体的加入恶化了冷凝传热.对实验中65个气泡传热系数的数值进行了拟合,获得了传热系数关联式.     

内置折边扭带管内高湿气体对流凝结换热与流动特性

对高湿气体在内置折边扭带管内对流凝结换热与流动特性进行了实验研究。分析了壁面温度、水蒸气含量、进口温度、气流速度等对高湿气体对流凝结换热的影响,降低壁面温度、提高水蒸气含量对流和凝结换热均提高,但对强化凝结换热尤其明显。引起扭带管内冷凝液膜状态变化的参数有扭曲比y和扭带与管壁间隙b。y越低气流旋转越强,导致液膜加厚而引起传热量降低和流动阻力增加;b较小时液膜积存在扭带端部,不仅降低传热面积而且无气流穿越扭带端部,b较大时旋转气流能穿越扭带端部,减薄管表面液膜厚度,强化凝结换热。     

煤油和空气的混合物水平管内冷凝换热

引　言不凝气体存在于蒸汽中会严重削弱凝结换热效果已是众所周知的事实 ,在空气的质量含量只有0 .5 %时 ,大空间凝结换热系数就下降 5 0 % [1] ,这是在蒸汽为静止状态下得到的 .罗棣等[2 ] 用水蒸气 -空气在波纹竖槽管内进行冷凝换热的研究 .Ｓｐａｒｒｏｗ等[3] 关于水蒸气 -空气在水平管外的冷凝研究表明 ,对于不同的冷凝换热表面 ,不同混合气体的流速对于含不凝气体的冷凝换热有着不可忽视的影响 .煤油是多组分物质 ,而且随温度和压力的不同气态组分也不同 ,相应的煤油蒸气的冷凝过程是不等温等压过程 .关于煤油蒸气冷凝换热的实验研…     

内循环生物流化床曝气过程氧传质特性研究

针对水-空气-高分子颗粒三相体系,测试了内循环好氧生物流化床曝气过程中气-液相间氧传递的体积传质系数KLa,分析了操作参数(进气量QG、固含率εs和升降流区截面积比Ar/Ad)对氧传质系数KLa的影响。结果表明,KLa随着进气量的提高呈线性增加趋势;固含率对KLa有正反两方面的作用,存在一个较适宜的固含率使氧传质效率达到最高;随升降流区截面积比Ar/Ad的增大,KLa随之提高。基于KLa影响因素的分析对实验数据进行拟合,建立了关于体积传质系数KLa的关联式:Kd=2.23×10-6Reb0.582Ab0.976εs0.016。该关联式预测结果与实验数据吻合良好,对类似流化床反应器的设计有一定参考价值。     

填料塔中二液相并流蒸发过程的实验研究

以异丁烷和水作为换热工质,对其在填料塔内直接接触蒸发换热过程进行了研究。2种工质都以液态形式从填料塔顶部进入,在填料表面并流换热,异丁烷吸热之后气化上升,最后从顶部离开填料塔。研究结果表明:在此蒸发换热过程中,二相液体间的对数平均温差及异丁烷气体的流量都对填料塔的体积换热系数有影响;体积换热系数与对数平均温差近似成负幂指数变化;异丁烷气体流量的增大则会使体积换热系数线性增大,而水流量的变化则对体积换热系数的影响不大。     

Experimental research on convection–condensation heat transfer characteristics and sootblowing operation strategy of waste heat recovery heat exchanger for dryer exhaust

Abstract

In this study, air/water vapor mixture with ash particles was used to simulate actual dryer exhaust gas. An experimental study of the convection–condensation heat transfer characteristics of air/vapor mixtures with ash particles across horizontal tube-bundles was conducted under various water vapor mass fractions and concentrations of ash particles. The variation of convection–condensation heat transfer coefficient with time presented four different types, as follows: almost did not change with time; decreased first, then reached stable values; decreased continuously in the experimental time; and decreased rapidly, decreased slowly, and decreased rapidly, with potential to increase again. In general, the convection–condensation heat transfer coefficient decreased with increasing concentration of ash particles and increased with increasing water vapor mass fraction. The reducing effect on the convection–condensation heat transfer coefficient by ash deposition would be weakened by increasing the water vapor mass fraction, but the heat exchanger would be blocked further easily by increasing the concentration of ash particles. Then, a distribution diagram was drawn to present different types of convection–condensation heat transfer curves under various working parameters. Sootblowing operation strategies were proposed under different working conditions to provide reference for the actual operation of the waste heat recovery heat exchanger for dryer exhaust.     

不凝气体对蒸汽射流冷凝的影响

对含不凝气体蒸汽射流在冷水中直接接触冷凝现象进行了实验研究,通过测量流场中的温度分布确定汽羽长度,进而推导其传热系数。实验使用直径为1.6 mm的圆形喷嘴,出口混合气体质量流量密度在100~330 kg·m^-2·s^-1之间,不凝气体的含量在0~15%之间,冷水温度在300~340 K之间。实验结果表明:不凝气体的加入,使喷嘴出口附近的温度下降减慢;汽羽长度随不凝气体含量的增加而变长,其受喷嘴出口质流密度和过冷度的影响规律与纯蒸汽射流一致;冷凝传热系数在0.7~2 MW·m^-2·K^-1之间,随过冷度的增大和不凝气体含量的增加而减小,受气体流量的影响较小。对实验数据进行拟合,获得了汽羽长度的关联式,并由此得到了冷凝传热系数关联式。     

Heat transfer of bio-oil in a direct contact heat exchanger during condensation

Rapid quenching of volatiles in fast pyrolysis is important for achieving high yield and quality of the bio-oil product, but few studies have examined the condensation of volatiles and their related heat exchangers. Accordingly, we have studied the condensation characteristics of volatiles by varying heat transfer conditions in a direct contact heat exchanger. As the mass flow rate ratio of quenching oil to pyrolysis gas increased, the heat transfer rate and yield of bio-oil increased. The heat transfer rate and yield of bio-oil reached a maximum value at an intermediate air-to-quenching oil mass flow rate ratio. Additionally, the heat transfer rate and yield of bio-oil decreased as the temperature of the quenching oil increased. Experiments were also conducted to derive an empirical relationship for the volumetric heat transfer coefficient for direct contact heat exchangers.     

上流式反应器气液相间传质特性的实验研究

上流式反应器设置在固定床渣油加氢反应器前有利于提高渣油原料适用性,延长装置运行时间。实验研究了上流式反应器气液相间传质,采用五齿柱形氧化铝催化剂模拟工业催化剂颗粒,水溶液模拟渣油,空气模拟氢气,采用无氧水物理吸收和亚硫酸钠化学吸收的方法,测定了在高气液比的条件下上流式反应器床层气液相间传质特性实验。考察了表观气速、表观液速、填料粒径、内构件、催化剂级配和床层高径比对液相体积传质系数和气液相界比表面积的影响规律。实验数据表明,液相体积传质系数随着气、液速的增大而增大;随填料颗粒增大而减小;在床层内安装合适的内构件或增大反应器高径比,能够促进气液相间传质。基于实验数据拟合了适合上流式反应器液相体积传质系数和气液相界比表面积的经验关联式,拟合误差最大分别为12%和24%;表明所建气液相间传质的经验关联式能更好地预测上流式反应器中的气液相间传质特性。     

鼓泡反应器中幂律型流体流动与传质特性

很多废水处理装置涉及非牛顿型流体中的多相流动和传质问题,研究其中的气液传质过程有助于实现装置的优化设计和高效节能运行。以鼓泡反应器内清水和不同质量分数的羧甲基纤维素钠（CMC）水溶液为实验对象,分别研究气相表观气速和液相流变特性对气泡尺寸分布、全局气含率和体积氧传质系数的影响。实验结果表明,液相的流变特性对其传质特性参数均有较大影响。与清水相比,CMC水溶液中气泡平均直径和分布范围更大;清水和CMC水溶液的全局气含率均随表观气速的增加而增大;CMC水溶液的体积氧传质系数随CMC水溶液质量分数的增加而减小。基于实验研究,得出修正的体积氧传质系数公式和适用于幂律型非牛顿流体流动体系氧传递过程的无量纲关联式,可很好地实现非牛顿流体流动的废水处理装置中气液传质参数的计算。     

错流旋转填料床传质特性影响因素的实验研究

采用CO2-NaOH体系,在中试规模的实验装置上进行传质实验,考察了气速、液体喷淋密度、超重力因子、气液接触时间对错流旋转填料床的总体积传质系数KLa及有效传质比表面积ae的影响. 结果表明,KLa和ae均随气速、液体喷淋密度和超重力因子增加而增大,KLa随气液接触时间增加先缓慢增大后急剧下降,ae则随气液接触时间增加而缓慢下降. 最佳操作条件为：气速1.69 m/s,液体喷淋密度32 m3/(m2×h),超重力因子104,气液接触时间0.1 s. 错流旋转填料床在处理大气量气体时传质效果增强,是同类文献错报道的1.52~2.32倍. 对各操作参数下所得实验数据进行回归,得关联式KLa=1.8221(atDL/dp)ReL0.6371GrL0.0548ScL0.0623和ae/at=2980.9ReL0.2349FrL-0.045WeL0.5023f-0.5.     

添加剂及其对直接接触式相变换热的影响

通过试验对在直接接触式气体水合物系统中非常有效的添加剂在直接接触式冰蓄冷系统中进行了研究 ,发现锌粉对直接接触式相变换热效果最好 ,而丁醇几乎没有效果     

Numerical investigation of influence of non-condensable gas on steam jet condensation

The influence of non-condensable gas on the direct contact condensing behavior and heat transfer characteristics of steam jet in subcooled water is investigated by two-dimensional axisymmetric numerical model. Based on Euler-Euler two-fluid model in CFX, the steam condensation is calculated with thermal phase change model. The composition variation of steam-air mixture is realized using species transport equation for the gas phase. The gas mass flow at nozzle outlet is 300 kg/(m²·s), and non-condensable gas is within 15%. The results show that non-condensable gas obstructs the direct contact between steam and subcooled water, forming the thermal resistance and deteriorating the condensation heat transfer. The thermal resistance and the length of jet region increase with the increase of non-condensable gas. While the condensation rate decreases with the increase of non-condensable gas. The presence of non-condensable gas prevents vapor from being condensed completely, and the remaining vapor is independent of the original non-condensable gas.     

不凝气体对蒸汽射流冷凝影响的数值研究

通过二维轴对称数值模型研究了空气等不凝性气体对蒸汽射流与过冷水直接接触冷凝行为和传热特性的影响。采用CFX中的欧拉-欧拉双流体模型,结合热相变模型计算蒸汽的冷凝量、组分传递模型计算混合气体中组分的变化量;喷嘴出口的气体质量流量为300 kg/(m²·s),不凝气体含量在15%以内。结果表明,不凝气体阻碍了蒸汽与过冷水直接接触,形成热阻,恶化了冷凝传热,且热阻随不凝气体含量增加而增加;冷凝速率随不凝气体含量增加而减小;射流区长度随不凝气体含量增加而增加;不凝气体的存在,使水蒸气不能被完全冷凝,而剩余水蒸气的含量与初始不凝气体含量无关。     

Experimental researches on mass and heat transfer in new typical cross-flow rotating packed bed

New typical cross-flow Rotating Packed Bed(RPB)called multi-pulverizing RPB was manufactured.There is enough void in multi-pulverizing RPB,where liquid easily flows and is repeatedly pulverized by light packing,which decreases the material consumed,lightens the weight,and compacts the structure.Mass and heat transfer property in the new type PRB were studied by two experimental models.In the mass transfer model,the axial fan pumping gas press is only 100 Pa,mass transfer coefficient and volumetric mass transfer coefficient are similar to countercurrent RPB,which are an order quantity lager than that in the conventional packed tower.In the heat transfer experiment,the axial fan pumping gas press is only 120 Pa;volumetric heatwhich especially suits the treatment of large gas flow and lower gas pressure drop.