淘析器内两相流场的数值模拟

采用FLUENT6.2.16对淘析器内的三维气相流场进行了模拟,参照模拟结果分析了影响其分离效果的结构因素,针对可能存在问题的结构设计了多种新结构方案,通过分析对比模拟结果,发现加长对流段、在淘析区加入格栅板的结构更有利于规整流场,促进细粉尘的分离.采用离散相模型对依据此方案设计的新型淘析器内颗粒的运动轨迹进行了计算,估算了淘析器的分级效率和总分离效率.与原淘析器的对比结果表明:该新型淘析器可消除现有淘析器出口附近的短路流,提高细粉尘的分离效率.     

淘析器内三维湍流场的数值模拟

为进一步提高聚乙烯粒料包装系统淘析器的分离效率,对系统内气相流场进行了研究和分析.采用FLUENT软件和标准K-ε模型对其气相流场进行了三维数值模拟.将计算结果与用热线热膜风速仪测试的流场实验结果对比发现计算结果与实验结果基本吻合,证明了标准K-ε模型适用于淘析器内三维流场的数值模拟.模拟结果表明:该淘析器消除了出口附近存在的短路流现象,解决了粒料溢出的问题;格栅的加入使流场更加对称,有利于细粉尘的分离.     

淘析器内树脂颗粒运动轨迹的数值模拟及应用

采用标准模型和随机轨道模型对新型惯性撞击式淘析器内的树脂颗粒运动轨迹进行了模拟研究,预测了不同粒径颗粒的运动轨迹和速度分布。结果表明：通过在淘析段加入格栅板,使大颗粒在器内的运动路径变长,颗粒与格栅间的碰撞作用促进了粘附在粗颗粒表面上细粉尘的分离;加长对流分离段有利于提高粒料中离散的细粉尘的分离。工业规模实验验证了模拟结果。工业应用结果表明：设备投入运行后,除尘风机的能力得到发挥,没有发生堵料、不下料的状况,设备的除尘能力明显较以前增强,产品的外观质量得到根本改善。     

催化裂化沉降器内气固两相流动的数值模拟分析

本文利用计算流体力学软件FLUENT6.1对工业尺度下沉降器内的压力分布、油气和催化剂的速度分布以及催化剂的浓度分布等进行了较详尽的数值模拟,确定了沉降器内的流动死区和较易结焦的部位,为研究催化裂化沉降器内的结焦动力学提供了定量的参考依据.     

风粉混合器内气固两相流动的模拟及试验研究

煤粉工业锅炉系统中风粉混合器是实现煤粉与一次风快速均匀混合的关键设备,测量及计算风粉混合器内煤粉、一次风气固两相流流场,对于优化风粉混合器结构,强化风粉混合效率及提高一次风粉的均匀稳定供给具有重要意义。笔者针对竖直结构及倾斜结构的2种风粉混合器,开展了数值计算及现场工程试验研究。基于几何拓扑学知识,采用ICEM软件针对2种风粉混合器划分了合适的三维网格;多相流理论模型中,多相连续介质模型中的双流体模型各相视为相互渗透、耦合但又保持各自运动特征的连续介质,相比于单流体模型,双流体模型考虑了固相的湍流输运以及气固两相间相互滑移引起的阻力,使得计算结果更接近实际情况;冷态双流体模型基本方程由守恒方程、相间耦合方程以及封闭方程构成,其中相间耦合方程用于表征气固相动量之间的耦合;为了探究不同停留时间下风粉混合器内气固两相的流场特征,采用非稳态数值计算方法,利用Fluent软件开展数值计算。基于两相流模型及Schilller-Naumann曵力系数模型研究了不同结构下风粉混合器内煤粉浓度分布随停留时间变化特征,采用德图testo425热敏风速仪测量了不同煤粉落料量下风粉混合器内负压变化规律。结果表明,竖直结构的风粉混合器内停留时间由0.25 s增至1 s时,混合器底部颗粒沉积的现象一直存在,即存在较长时间的颗粒流动死角区域;而对于倾斜结构的风粉混合器,当停留时间大于0.3 s,混合器内颗粒浓度基本降为0,较好避免了颗粒在混合器底部的沉积,该结构对于强化混合器内风粉混合及降低供料波动具有重要意义。不同落料量下的现场工程试验结果表明,高落料量下竖直结构的风粉混合器内平均负压偏小,几乎接近正压,且存在间断正压喷粉的现象,故该风粉混合器在高落料量下负压不足,易造成供料波动较大;高落料量下倾斜风粉混合器负压平均值仍大于-1 000 Pa,且无喷粉现象。相比于竖直结构,倾斜风粉混合器具有稳定且较宽的负压变化范围,能较好地克服供料波动大的现象。     

管式离心机固液两相流场的数值模拟

简单介绍了管式离心机的主要技术状况、不足及FLUENT软件;在简化的基础上,从单一相连续方程入手建立了管式离心机内的固、液两相流动数学模型,通过计算网格划分和边界条件的确定,用FLUENT二维数值模拟了该机内的两相流流场及随时间变化的分离状况,得出了直观的机内不同截面上的速度分布及分离颗粒的体积分布云图。模拟结果符合该机的运行规律,为进一步深入研究奠定了基础。     

双相不锈钢管固液两相流动腐蚀的数值模拟

在碳钢流动腐蚀数值模拟的基础上,针对管道流动体系,对固液两相流条件下双相不锈钢的流动腐蚀进行了数值模拟.模拟了固液两相流体动力学过程和双相不锈钢腐蚀动力学过程,模拟计算得到的腐蚀速率与实测值基本一致,表明建立的两相不锈钢流动腐蚀的综合数学模型是正确的,揭示了两相流中双相不锈钢的流动腐蚀机理,并进行了实验验证.两相流中双相不锈钢流动腐蚀的加剧主要是由于颗粒相的存在会大大强化液相流体的流体力学因素,导致钝化膜内传质速度加快所致.计算结果同时也表明,对于表面覆盖有钝化膜的材料的数值模拟,建立合理的流动腐蚀动力学模型是数值计算方法应用成功与否的关键.     

微小非圆截面通道内气液两相流数值模拟研究

利用ANSYS FLUENT软件,采用混合(Mixture)多相流模型对当量直径均为0.6 mm,高宽比分别为0.67、1、1.5的三种不同微小非圆截面通道内两相流流动与传热进行数值模拟,获得了不同截面管道内两相流温度、截面含气率及摩擦系数等变化分布情况,分析得出三种管道中高宽比为1.5时的矩形截面管道内两相流动及传热特性最优。     

方形截面螺旋管内气液两相流动特性数值研究

采用CLSVOF多相流模型,结合标准k-ε湍流模型方程,对方形截面螺旋管内气液两相流动特性进行数值模拟,绘制了几种典型流型的流型图,并与相关文献中的实验结果进行对比;分析了截面含气率沿管圈周向的分布规律和平均截面含气率与容积含气率的关系;探究了不同流型压降的变化规律和湍流耗散率沿程变化规律;讨论了螺旋管不同壁面的表面摩擦系数与剪切应力的差异。     

硅包底吹富氧精炼气液两相流动的数值模拟

应用VOF(Volume-of-Fluid)多相流模型,对单个气泡在水中的运动情况进行三维模拟,对气泡在上升过程中的变形与自由表面的波动情况进行研究,表明所建立的数学模型具有一定的合理性.以某公司的底吹氧化精炼硅包为原型,运用数值模拟的方法对富氧-硅液两相流进行三维瞬态数值模拟,研究硅包内不同截面气泡主要参数、气体体积分数分布规律、硅包内液体流动情况以及自由液面波动情况,为硅包的结构设计、寿命计算以及工业硅炉外精炼的优化提供了基础与依据.     

弯管内部油水两项流的数值模拟

在油井出油管道以及石化生产中,油水两项流是非常常见的现象。为了减少能耗、便于制订防腐措施,利用GAMBIT软件建模以及FLUENT软件的可实现模型对弯管中油水两项流的压力场和速度场进行模拟。结果表明,管内入口直管压力呈逐阶减小趋势;弯管内壁出形成低压区且又内向外逐渐增大;而速度分布正好与压力分布规律相反,恰好与自由涡流理论的模型相符。且通过对油水两项所占体积分数分别为30%、50%、80%三种情况的模拟得出,由于水密度大于油的原因,随着油相体积分数的下降,管内整体压强减小,整体速度增大。     

Numerical Simulation on Gas-Solid Two-Phase Turbulent Flow in FCC Riser Reactors (II) Numerical Simulation on the Gas-Solid Two-Phase Turbulent Flow

Numerical simulation on the flow, heat transfer and cracking reactions in commercial fluid catalytic cracking(FCC)riser reactors were carried out employingthe developed turbulent gas-solid two-phase flow-reaction model for FCC riser reactors given in Part Ⅰ of thepresent paper.Detailed information about the turbulentflow fields in the riser reactor obtained revealed the basic characteristics of the gas-solid two-phase turbulent flows when heat transfer and catalytic cracking reactions were co-existing in the riser. Results showed that the distributions of the flow, the turbulence kinetic energy and the catalyst particle concentration arenot uniform in the axial, radial and tangential directions. The most complicated part of the riser reactor is the feed injecting zone. The complicated configuration of the turbulent gas-solid two-phase flows would exert a great influence on the results of interphase heat transfer and cracking reactions.     

射流泵湍流场的数值模拟与实验研究

采用k-ε湍流模型和非等间距加密网格,对射流泵流场进行了数值模拟和分析,并对相应的流场进行了实验研究.结果表明,流场轴向速度剖面在扩散管段具有较好的自相似性,而在喉管段则不然;这种速度剖面变化的转折点与喉管的长度有关;流场的湍动能分别在喷嘴出口与扩散管入口处产生峰值,并且前者远大于后者,可见射流泵流场中,湍流主要发生在喉管入口处,湍动能的不平衡将导致额外的能量损失.本研究结果对工程应用有指导意义.     

铁水连续预处理涡流反应器内液固两相流动特征的数值模拟

铁水预处理技术中反应器的设计至关重要. 采用k-e湍流模型与颗粒随机轨道模型相结合的两相流动模型,数值模拟了涡流反应器内铁水、反应剂的两相流动特征. 计算结果表明,选取本研究所用的反应器几何参数和运行参数,反应剂颗粒能有效地加入铁水中,与铁水较好混合,可达到设想的加料、混合、进而进行化学反应的效果.     

铜锍转炉中气液两相流动的数值模拟

采用流体体积方法对铜锍转炉熔池内造铜期吹炼过程中气液两相流动进行单喷嘴数值模拟,研究了气体喷入熔体时的喷流运动现象和性质、气流穿透距离、风口压力变化、风口侧壁面剪切应力分布和气含率分布规律. 结果表明,气泡连续产生和分离是风口处气体的运动形式,气流穿透距离约为风口内径的3.6倍,风口处脉冲压力的形成周期为0.2 s,持续时间约为0.04 s;风口侧壁面剪切应力较大的区域集中在风口附近及其上方壁面;风口以上气含率随熔体高度增加而增加,在靠近自由液面处约为21%,部分模拟结果与文献报道和实际生产情况吻合.     

COMSOL Multiphysics有限元软件数值模拟气液两相流的可行性研究

在多相流实验管路系统中,设计向上30°倾斜管道中气液两相流的实验方案和流程,进行气液两相流流型实验研究,并绘制气液两相流流型图。再利用COMSOL Multiphysics软件,对向上30°倾斜管中气液两相流中不同时刻的体积分数进行数值模拟研究,验证COMSOL Multiphysics应用于气液两相流的可行性。结果表明采用COMSOL Multiphysics软件数值模拟向上倾斜管道中气液两相流流型的分析结果与室内实验法结果基本一致,可信程度较高,可作为分析气液两相流流型的主要方法之一。     

用扩散流动模型分析悬浮床内的气固两相向上流动

A mathematical model of two-dimensional turbulent gas-particle two-phase flow based on the modified diffusion flux model (DFM) and a numerical simulation method to analyze the gas-particle flow structures are developed. The modified diffusion flux model, in which the acceleration due to various forces is taken into account for the calculation of the diffusion velocity of particles, is applicable to the analysis of multi-dimensional gas-particle two-phase turbulent flow. In order to verify its accuracy and efficiency, the numerical simulation by DFM is compared with experimental studies and the prediction by κ-ε-κp two-fluid model, which shows a reasonable agreement. It is confirmed that the modified diffusion flux model is suitable for simulating the multi-dimensional gas-particle two-phase flow.     

搅拌槽内湍流流场的数值模拟

搅拌槽在过程工业中的应用非常广泛,对搅拌槽内流场的研究具有十分重要的意义。实验研究方法具有局限性,基于计算流体动力学的数值模拟方法是研究流场的重要方法。文中介绍了搅拌流场的数值模拟方法和湍流模型,分析了各自的特点及其应用情况,总结了搅拌模拟时边界条件的处理情况,并指出了未来的发展方向。