环行分布器气体流动及气流均布

采用激光多普革技术测量了装有整流环的环形分布器中的流场，发现整流外侧环形通道内存在大量循环气流，并呈变质量流动状态；整流环内侧环形通道中，循环流动基本消失，但仍存在较大的劝速度，造近内环射流孔处气体均匀向流动为主。利用压力排管研究了整流环开孔率和开孔方式对匀布效果的影响，发现通过高速整流环周向开孔率可以实现内环射流流量均布。在该实验范围内，整流环的使用可以降低环形分布器的能量损失。     

列管反应器改进结构环形分布器内变质量流动的数值分析

环形分布器是实现载热体在列管式固定床反应器壳程均匀流动的重要部件。采用计算流体力学方法对丙烯氧化反应器壳程熔盐在改进结构型式(即椭圆扩张型进口,进口处两侧分别设置呈45°的导流挡板,挡板上均匀分布小孔,不均匀的开孔方式)的环形分布器内的变质量流动进行了模拟研究,分析了环形分布器内的速度及静压分布规律,并与传统型式环形分布器进行对比,并考察了出口分布孔数目及进口熔盐流量对均布效果的影响。通过计算发现,改进结构的分布器均布特性优于传统结构;优选24个分布孔能够满足流体均布的要求,且分布孔达到36,流体均布情况基本稳定;减小进口熔盐流速,进口区域速度及静压波动较小,减小了进口能量损耗,有利于流体均布。     

氯化法制备钛白氧化反应器内射流混合特性研究

氧化反应器是制备氯化法钛白粉的核心设备 ,反应器内的混合特征决定了产品性能。文中采用示踪法研究了四氯化钛氧化反应器内径向射流混合特征 ,探讨了射流环开孔结构和动量比等因素对射流混合效果的影响。结果表明 ,射流环开孔结构对混合效果有重要影响 ,复合开孔结构的混合效果比均匀开孔结构的好 ;增大动量比有利于提高射流混合效率 ,对于开孔尺寸小的射流环此影响尤为明显。     

环形分布器内变质量流动的CFD模拟研究

环形分布器是实现导热介质在列管式固定床反应器壳程均匀流动的关键部件,文中采用计算流体力学方法(CFD)对环形分布器内的变质量流动进行了模拟研究。首先计算了环形通道内的速度和静压力分布,在此基础上研究了穿孔阻力系数随开孔几何结构以及入口流体流速的变化规律。模拟结果表明:环形通道内存在较明显的速度梯度和压力梯度;随着流体不断分流,在流道内的流动速度不断减小,静压力逐渐增大。因此,需要沿流动方向将开孔直径逐渐减小,以增大穿孔阻力,从而实现流体的均布。对穿孔阻力系数变化规律的研究结果表明:穿孔阻力系数ξ与出口和主流道的流速比ui/u、厚径比δ/di和入口雷诺数Re0有关。在模拟范围内,ξ先随ui/u的增大而减小,到达一个临界值后,ξ不再随ui/u的增大而变化;δ/di对ξ影响不太明显;当Re0属于湍流范围时,ξ随Re0的变化不太明显,但是总体随Re0的增大而减小。     

环形通道内变质量流动的压强分布（上）

流体在不环形通道内流动并同时沿周向均匀地分流与合流，对于某些大型化工设备，特别是涉及强放热化学反应的固定床反应器的正常操作是至关重要。本文首次利用动量矩定理从理论上推出了环形通道内的变质量流动的压强分布规律，并通过实验测定了模型参数，为环形通道内开孔的周向分布提供必要的理论基础。     

气相氧化反应器内错流射流场数值模拟

气相法制备颗粒材料的管式氧化反应器中 ,原料气通过管壁的开孔或环缝喷入反应器内与轴向流动的高温氧气流混合并反应 ,混合质量是决定颗粒产品质量的关键因素。采用k ε湍流模型对气体通过环缝喷入管内轴向气流形成的错流射流场进行了数值模拟 ,模拟结果与实验数据及有关文献进行了比较。结果表明 ,k ε湍流模型能较好地模拟管内错流射流流场的基本特征 ,可以用来预测气相氧化反应器内错流射流场的有关数值。     

开孔形式对盘环形挡板汽提器特性影响的模拟分析

采用CFD方法对安置盘环挡板的汽提器进行了模拟计算,对比了盘环挡板上有无开孔情况下的颗粒流动分布。结果表明,在盘环挡板上进行开孔可有效减少“气垫”区域,使气体与颗粒更顺利地穿透挡板进行高效接触。此外,通过对比不同开孔形式下的催化剂颗粒流动与气泡分布特性,可以发现均匀开孔时,随着开孔尺寸的增加,气相流动阻力下降,可以携带颗粒更加均匀地穿过盘环挡板,使得挡板以下的“气垫”区域减小,颗粒在汽提器内分布更加均匀,有利于汽提蒸汽与催化剂颗粒之间的接触。但是,随着开孔尺寸增加,汽提器内气泡的平均尺寸有所增加,气泡数量减小,气泡所占的总体积及气泡所能提供的相界面积有所减少。对比均匀开孔与非均匀开孔的颗粒流动与气泡特性,结果表明,在盘形挡板顶部附近开孔12mm,其他区域均匀开孔9mm的非均匀开孔形式在确保催化剂颗粒流动的均匀性分布、汽提蒸汽与催化剂颗粒之间的接触效果的同时,容易产生更小的气泡,可以提供更高的气固相界面积,更加有利于汽提器性能的改善,因此是比较优选的开孔方式。本文关于挡板开孔形式影响的模拟分析对设计高性能的汽提器内构件具有重要意义。     

洗涤冷却环内液体冷态流动行为数值模拟

为了研究洗涤冷却环内冷却水流动的情况,借助计算流体力学软件Fluent建立了洗涤冷却环流体冷态流动的数学模型,同时为了验证模型的可靠性,对洗涤冷却环出口处的流动情况进行了实验研究,实验结果与模拟结果基本吻合。结果表明:因为洗涤冷却环的结构限制,其内部存在多处涡旋区域;内室入水口周向位置处的涡旋运动最为剧烈;受其影响,入水口周向位置的射流孔出口平均速度最小,两入水口之间周向位置的射流孔出口平均流速最大;槽缝出口的平均流速在周向上的分布与射流孔出口平均流速分布相同。     

洗涤冷却环内液体冷态流动行为数值模拟

为了研究洗涤冷却环内冷却水流动的情况,借助计算流体力学软件Fluent建立了洗涤冷却环流体冷态流动的数学模型,同时为了验证模型的可靠性,对洗涤冷却环出口处的流动情况进行了实验研究,实验结果与模拟结果基本吻合。结果表明：因为洗涤冷却环的结构限制,其内部存在多处涡旋区域;内室入水口周向位置处的涡旋运动最为剧烈;受其影响,入水口周向位置的射流孔出口平均速度最小,两入水口之间周向位置的射流孔出口平均流速最大;槽缝出口的平均流速在周向上的分布与射流孔出口平均流速分布相同。     

气体分布器对气升式反应器内流场和传质特性的影响

在气升式反应器冷模实验装置中,研究了气体分布器类型及结构参数对流场和传质的影响规律。结果表明：与环形分布器和四喷嘴分布器相比,采用半球形分布器时平均气含率更高、气含率径向分布更均匀、气泡直径更小、比表面积更大、下降段液速更大、液相体积传质系数更高。气升式废水处理反应器中选用半球形气体分布器可获得更好的混合和传质效果。进一步考察了半球形分布器开孔率和开孔角度对气含率、下降段液速和体积传质系数的影响,确定了最优开孔率为0.457%、最优开孔角度为45o。研究结果可为气升式反应器的工业设计和操作优化提供依据。     

THE EFFECTS OF DISTRIBUTOR DESIGN ON FLUIDIZED-BED HYDRODYNAMIC BEHAVIOR

should be addressed. The distributor was investigated for the purpose of design and scale up of large fluidized-bed combustors. Four orifice plates with different configurations were used to study the effect of distributor design on bubble formation and solid mixing. Experiments were carried out on a three-dimensional fluidized bed of 27.94 cm diameter and a two-dimensional bed with dimensions of 30.48cm ×1.27 cm. Motion pictures were used to study bubble formation and coalescence. Pressure profiles inside the three-dimensional bed were measured for several distributors to study bubble flow patterns, and tracer particles were used to study mixing patterns at various superficial velocities and particle sizes. The results show that the distributor plate with two-size orifices causes a non-uniform gas bubble flow inside the bed. This non-uniform gas bubble flow is associated with variations in local bed density and local voidage. Horizontal or radial solid circulation is also caused by this non-uniform gas bubble flow. The local bed density and voidage variations and the radial solid circulation cause the bubbles to move toward the area above the smaller orifices as the bubbles rise up and coalesce. This reduces the wall effect, and the bed is very uniformly fluidized when the two-size orifice plate with small holes in the center is employed.     

流化床管式分布器内流场模拟和布气性能分析

以催化裂化装置（FCCU）再生器的管式气体分布器为研究对象,对流化床管式气体分布器的布气性能进行了分析。首先,对气体分布器分支管内的流场进行数值模拟,计算结果表明沿分支管内气体流动方向,压力逐渐增大,截面流量逐渐减少,沿程喷嘴流量逐渐增大;同时分支管上游入口还存在着明显的偏流现象,从而导致了上游喷嘴的出口流量小于设计流量,下游喷嘴的出口流量高于设计流量,造成流化床内非均匀布气。然后,依据分支管的变质量流动特点,将一般变质量流动的动量方程用于分析分支管内的流动过程,表明分支管的流动过程属于“动量交换控制模型”,具有始端静压低末端静压高的特点,固有压力分布不均匀的特征。这种不均匀的压力分布导致了喷嘴布气不均匀和磨损等系列问题。最后,结合流化床内的压力特点,综合分析气体分布器的分支管压降和喷嘴压降,明确了喷嘴出口流量与分支管压力分布的关系,喷嘴临界压降与设计压降的关系,结论表明分支管的结构改进可以优化和改善分布器的布气性能。     

A CFD model for gas uniform distribution in turbulent flow for the production of titanium pigment in chloride process☆

The fluid dynamic behavior of feeding gas (TiCl4) in an annular channel affects the combination of O2 and TiCl4 in an oxidation reactor, a key piece of equipment in titanium pigment production. The numerical procedure was validated by a 3-dimensional gas flow in the annular channel. Applying the validated model, the flow character-istics of TiCl4 in the oxidation reactor with a tangential inlet were simulated and characterized. The flow distribu-tion with five rectifying rings of different structure was simulated and analyzed. The results showed that the rectifying ring improved the distribution uniformity of the pressure and outlet velocity. Compared to the original case without a rectifying ring, the non-uniformity of the pressure and outlet velocity could be reduced by up to 91%and 69%respectively. The rectifying ring #5, which can be instal ed and adjusted easily, is more effective in realizing even distribution. In addition, instal ation of the rectifying ring effectively reduced the circulating flow in an annular channel as well as the total energy loss.     

不均匀布风的内循环流化床特性研究

开发了一种新型的内旋流流化床气体分布板 ,像传统内循环流化床气体分布板一样 ,该分布板也有两个区域 ,但产生内循环的机理不同 ,其内循环不是由两个区域的不同气体流速产生 ,而是由两个区域的不同气体通量控制 ,中部为低开孔率区 ,运行时呈移动床状态 ,周围为高开孔率区 ,运行时呈流态化状态 ,两种状态共同作用 ,实现物料在床的内部循环     

Online measurement of solids motion in fluidized bed reactor with different distributor for Fischer–Tropsch synthesis

In this paper, the distributions of particle velocity in a gas–solid fluidized bed with branched pipe distributor or circle distributor were measured by using a laser Doppler velocimetry. Our results show that, within a certain range of superficial gas velocity, when using circle distributor, the particle velocity is large and the distribution of the particle velocity is even more compared with the branched pipe distributor. On the basis of the amplitude of tangential movement statistics, the amplitude of tangential movement statistics (AVATMS) decreases with increasing the axial height under the appropriate superficial gas velocity.     

一种新型气固分离器内气相流场的数值模拟

针对催化裂化原料日益重质化的趋势,提出了一种后置烧焦管式组合再生工艺. 后置烧焦管出口的气固分离装置是实现这种工艺的关键设备之一. 为此,设计了一种基于离心与惯性分离原理相结合的新型气固分离器.为了详细研究该分离器,结合流场实验结果,采用数值模拟方法对该分离器内的气相流场进行了数值模拟,数学模型为标准湍流模型.模拟结果给出了分离器内的流场总体特征为:气流以切向速度为主,竖直向上进入分离器的气体绕排气管做旋转运动,先后由排气管上的窄缝排出,部分气体由排气管下方空间返回入口区;拱形分离空间内切向气速随径向位置的增加而减小.排气管上的开缝形式是分离器压降增加的主要因素.将排气管上的两条窄缝改成总面积与排气管内截面积相等的均匀切向窄缝,避免了管内旋流涡核的偏心,分离器压降明显降低.     

提升管与气-固环流床层耦合反应器颗粒相循环比的模型及预测

引言Geldart A类颗粒气-固环流技术是一种利用气-液环流原理,并结合气-固聚式流化体系特点而开发的一种新型流态化技术[1],具有气固接触效率高、传质传热性能好等优点,被广泛用于石油炼制领域中的催化裂化汽提器、提升管出口粗旋快分的预汽提器、外取热器、石油焦燃烧器和降烯烃反应器等装备中[2]。     

气固流化床中声发射和流动模式关系

颗粒在气固流化床壁面区域（或局部空间区域）碰撞产生的声波能量反映了颗粒的碰撞速度和频率（活跃程度）,从中可以揭示流化床内颗粒的流动混合模式。通过在φ150mm流化床冷模装置中,对聚乙烯颗粒－空气体系进行流态化实验,运用声发射技术测得声能量沿气固流化床的轴向分布,继而获得了颗粒的流动模式,并发现其与颗粒粒径、表观气速和分布板形式密切相关。对于颗粒粒径为460 μm的聚乙烯颗粒,当表观气速在0.3～0.7 m·s^-1内,其对应的流动模式为带有滞留区的双循环流动模式。如果气速增大到0.8 m·s^-1以上时,流动模式将转化为无滞留区的单循环流动模式。而当颗粒平均粒径降为365μm,对应的双循环流动模式蜕化为单循环模式,壁面不存在滞留区。进一步发现,滞留区位置与静床高无关。研究同时发现,颗粒的流动模式和分布板形式密切相关,对于在多孔平板分布板下为单循环流动模式的小粒径颗粒,在锥帽式分布板下,则在稍高气速时表现为双循环流动模式。     

流化床冷模布风板数值模拟研究

利用计算流体动力学(CFD)软件包fluent,研究流化床反应器中的气流通过冷模布风板时压降过大的问题。采用正交数值模拟仿真实验对不同的开孔形式和不同的开孔直径进行研究,分析了流化床内的速度场、压力场,确定出:(1)布风板开孔直径越小,压降越大,但流化床内的速度场越容易达到稳定;(2)布风板中心处尽量不要开孔;(3)布风板开孔直径相同时,排列方式为等边三角形比正方形时压降更小。     

天然气管道工程用汇气管大开孔补强计算

介绍了国内对大直径管道大开孔补强的计算方法,并分析了压力面积法和应力分析法的主要区别。以一实际工程中的天然气管道汇气管为例,分别用压力面积法和应力分析法对其进行了大开孔补强计算。