旋流筛板式气固挡板破碎气泡的作用域

为了考察多孔筛板和单旋导向挡板组合对气固两相流动的作用效果,采用床层段内径为90 mm的三维流化床冷模装置,在表观气速(U_g)为0.04～1.14 m/s、初始装料高度(H)为650 mm的操作条件下,分析了自由流化床内气固两相流动特点,并对比分析了自由流化床、单旋流筛板式气固挡板流化床及双旋流筛板式气固挡板流化床压力脉动标准偏差和压差脉动标准偏差等参数,确立了旋流筛板式气固挡板有效抑制并破碎气泡的作用域。结果表明:旋流筛板式气固挡板有效抑制并破碎气泡的气速作用域为0.04 m/s≤U_g≤0.57 m/s,此时对应的自由流化床中气固两相处于鼓泡-节涌过渡流态化;轴向空间作用域为旋流筛板式气固挡板下方及包含旋流筛板式气固挡板的区域。增加旋流筛板式气固挡板的数量有助于强化破碎气泡的效果及拓宽其轴向空间作用域,但并不能拓宽破碎气泡的气速作用域。     

鼓泡床取热器流动特性的数值模拟

应用计算颗粒流体力学(CPFD)方法,采用点源注射的进气方式对气固鼓泡流化床取热器内流动特性进行数值模拟。考察不同气速下床层膨胀高度、轴径向时均固含率分布、颗粒轴向速度分布及床层颗粒内循环流率的分布。模拟结果与实验数据吻合较好,表明该模型可以用于描述鼓泡流化床取热器内气固两相的流动规律。     

鼓泡流化床内高灰煤气化过程的颗粒尺度特性研究

基于多相流体质点网格方法(MP-PIC)对高灰煤在三维鼓泡流化床气化过程进行了数值模拟研究。在欧拉-拉格朗日框架下将气相和固相分别视作连续介质和离散相处理。首先,将模拟得到的出口处气体组分结果与实验数据进行对比,实验数据与模拟结果具有良好的一致性。其次,研究了煤颗粒在气化炉内的温度、传热系数、速度和停留时间,从颗粒尺度揭示了鼓泡流化床气化炉内的颗粒分布特性和气固流动特征。结果表明:在气化炉入口附近煤颗粒与床层温差最大,传热系数最大;由于流化床内强非线性的气固流动,床中煤温度和传热系数的空间分布不均匀;煤颗粒和床料的瞬时速度具有稳定的波动幅度,其中垂直方向速度波动最明显,且煤颗粒的瞬时速度比床料的瞬时速度略大;由于颗粒间的剧烈碰撞,延长了煤颗粒停留时间。此外,对鼓泡流化床中煤气化过程颗粒尺度的研究,有助于深入了解固体颗粒的流动行为以及气固相相互作用特性,对鼓泡流化床反应器的设计优化具有重要意义。     

静电效应对有无埋管气固鼓泡床内气泡特性的影响分析

采用基于双流体模型(TFM)耦合静电模型的方法,研究颗粒的静电对有无埋管气固鼓泡床内气固流动特性和气泡特性的影响。首先在无静电场存在的条件下,利用双流体模型对自由鼓泡床和埋管鼓泡床内的流动情况进行模拟并与实验结果进行对比;进一步耦合静电模型,考察静电对自由鼓泡床和埋管鼓泡床内床层的整体性质和气泡特性的影响。研究结果表明,在无静电场条件下采用双流体模型能较好地预测自由鼓泡床和埋管鼓泡床内的气固流动状况以及气泡的平均直径和气泡的上升速度。埋管的存在使鼓泡床内气固流动发生强烈扰动,并使气泡的平均直径和气泡的上升速度均呈振荡分布。静电的存在对自由鼓泡床和埋管鼓泡床内床层的平均固含率影响不大,但对气泡分布规律影响较大,使得自由鼓泡床内气泡数目减少,而埋管鼓泡床下部区域的气泡分布比较集中,上部有大气泡出现。     

再分布板和径向挡板对淤浆鼓泡床流体力学特性的影响

研究了在以空气-水-石英砂为实验体系的淤浆鼓泡床中加入内构件?再分布板和径向挡板对床层气含率和固含率的影响,并与不加内构件的情况进行了对比. 实验结果表明,再分布板可明显提高床层的平均气含率,且开孔孔径越小,作用越显著;但径向挡板的作用不明显;再分布板和径向挡板均可改善气含率和固含率的轴向分布,且不会大幅度增加压降. 通过对Smith关联式进行修正,得到了带有再分布板的淤浆鼓泡床中床层平均气含率的经验关联式.     

粗糙颗粒碰撞参数对鼓泡流化床内气固流动模拟的影响

结合粗糙颗粒动力学理论和双流体方法,数值模拟了碰撞参数对鼓泡流化床内稠密气固两相流动特性的影响. 结果表明,增大摩擦系数或减小法向弹性恢复系数会使床内颗粒分布更为不均,并增强床层膨胀及压力降脉动. 合理选取摩擦系数模拟得到时均气固流场分布,与实验吻合,罂粟籽颗粒的摩擦系数取0.3~0.6较合适. 法向弹性恢复系数改变不影响时均气固流场分布的基本形态,其取值敏感性不如摩擦系数;切向弹性恢复系数对鼓泡流化床动态特性及时均气固流场的影响相对较弱.     

硝基苯加氢制苯胺流化床反应器模拟设计

按催化剂性能和反应动力学以及化学工艺条件,分析反应速度、流化床内气体流型和催化剂失活情况,选用数学模型进行硝基苯加氢的气固系流态化催化反应器放大设计。以气体分布板设计参数,按 Behie—Kehoe 栅板模型进行分布板区的设计;根据反应器热平衡设置了竖式内构件 U 形换热管后,经 u_(br)/u_t>1判断而增设横向内构件波纹挡板.把密相区设计成稳定气泡流的鼓泡区,与 Kunii—Levenrpiel 模型相关联,进行鼓泡区的设计;以气固分离设施的设计参数,确定自由空间区设计。三区计算结果相叠加,得出在指定条件下,流化床反应器的工作状况。给出了计算框图和计算结果,经过生产进行考核,校验了设计计算,从而提供了一套可靠的硝基苯加氢制苯胺流化床反应器的模拟设计方法和一个成功的实例     

基于气泡和聚团的结构模型及其应用

综合考虑鼓泡流化床内气泡及聚团对床内细颗粒流动的影响,建立基于气泡和聚团的结构曳力模型及结构参数模型,同时,借助计算流体软件预测细颗粒在鼓泡床中流动状态。首先,基于细颗粒在鼓泡流化床的流动状态,在介观尺度上将床内气固流动结构划分为3个子结构,即气泡相、相间相及乳化相(聚团相)。然后,综合考虑细颗粒鼓泡流化床中气泡和聚团对气固流动的影响,根据力平衡、质量守恒建立基于气泡和聚团的结构参数模型及结构曳力模型。通过对结构参数模型封闭求解,得到11个结构参数值(f_b,U_b,d_b,U_(gb),f_i,U_(gi),ε_i,f_e,U_(ge),ε_e,d_c)。对结构参数计算结果进行分析,结构参数模型能够很好反映床内流动情况及床内各结构参数之间的关系,并能有效地预测颗粒聚团直径。此外借用非均匀因子,耦合结构曳力模型及结构参数模型到欧拉双流体模型对气固在床内流动行为进行数值模拟。模拟结果表明,使用基于气泡和聚团的结构曳力模型能够较好地预测细颗粒在鼓泡流化床中的流动行为。在对模拟结果中颗粒径向浓度比较时,可以发现,相对比基于气泡模型的结构曳力模型,使用基于气泡和聚团的结构曳力模型的模拟结果与实验结果更一致。     

双流化床反应器间气体泄漏规律的数值模拟

建立了描述双流化床化学链燃烧反应器内气固两相流动的数学模型,采用计算流体动力学方法,模拟考察了提升管和鼓泡床相耦合的双流化床内不同单元之间气体泄漏产生原因和影响因素。化学链燃烧系统压力平衡的分析结果表明,反应器间的气体泄漏主要发生在溢流装置和鼓泡床之间;增大溢流装置表观气速,气体泄漏增大,而增大提升管或鼓泡床表观气速时,气体泄漏会随之减小;化学链燃烧系统内颗粒总藏量增加时,气体泄漏会减小;颗粒粒径减小后反应器之间气体泄漏降低。其研究结果对其他循环流化床反应器的设计与工程放大也有一定的借鉴作用。     

采用切圆射流及旋流布风板改进鼓泡床行为

用侧面切圆射流和旋流布风板造成了鼓泡流化床内气固流动的新流型。本文将改进鼓泡床与普通鼓泡床进行比较,在同样的空气量下,气泡尺寸减小,床面波动降低,加强了固体颗粒的横向混合,延长了颗粒床内停留时间。还研究了侧面切圆射流占总风量的份额、射流速度、喷入位置及角度对流化质量的影响。     

《化工学报》2007年第58卷第11期目次

综述与专论催化反应过程绿色集成系统热力学火用的计算及应用反式阿魏酸在溶剂中的溶解度传递现象R134a在水平双侧强化管外沸腾换热封闭腔内水自然对流换热数值模拟超疏水表面微通道内水的流动特性非共沸制冷剂非完全冷凝现象的假想及判据葡萄酒胶发酵中的内热源和传热特性多相流和计算流体力学颗粒旋转对鼓泡流化床内气固两相流动特性影响的数值模拟基于格子Boltzmann方法的单颗粒绕流数值模拟串行流化床内气固流动控制工业级管道中粉煤浓相流动特性规整填料干塔压降与波纹齿角的关系微小有限空间内微气泡控制生长的界面追踪与数值模拟石…     

气固鼓泡床结构双流体模型及其模拟验证

气固鼓泡流化床因具有较好的传热传质特性已被广泛应用于工业生产,而气泡这类非均匀结构普遍存在于流化床中,它显著影响流化床内动量、能量和质量传递以及化学反应过程。合理描述非均匀结构与三传一反的定量关系对提高连续介质模型模拟的准确性至关重要。结构双流体模型在控制方程及本构关系方面均考虑气固系统内非均匀特性的影响,是一种逻辑自洽、完备地考虑了介尺度结构的全新连续介质模型;本研究拓展了结构双流体模型应用于鼓泡流化床的数值模拟,在构造控制方程时将系统划分成颗粒主导的乳化相和气体主导的气泡相这两类相互渗透的连续流体,同时构造本构关系时涉及的气泡直径、乳化相固含率及黏度等均考虑非均匀结构影响。模拟结果表明,结构双流体模型可成功预测鼓泡床系统内的气固流动特性,同时确定气泡直径影响稀/密相相间相互作用,对模拟结果影响显著。     

多孔挡板导流筒型流化床内构件研究

筒型内件可以改善气固流化床中气体和固体颗粒的接触，本文对此系统的流体力学特性进行了研究，从而得出数学模型．用此模型模拟鼓泡流化床得到良好结果．     

基于DEM模拟的气固鼓泡床内流场间歇性及颗粒相干结构的分析

采用计算流体力学和离散元方法（CFD-DEM）对气固鼓泡床流动行为进行模拟研究,并基于模拟结果分析鼓泡床内气泡和颗粒微观运动特性。对颗粒速度的脉动能谱进行分析,发现鼓泡床流场中存在间歇性。通过对比鼓泡床不同轴、径向位置的颗粒脉动速度的平坦因子,发现鼓泡床内不同位置的流场间歇性不同,随着床层高度的增加,流场的间歇性减弱;在径向上,过渡区的流场间歇性明显大于边壁区和中心区。进一步采用连续小波分析方法揭示了相干结构（颗粒涡团）的分布以及演化过程,并分析了不同尺度下相干结构（颗粒涡团）的分布与鼓泡床内颗粒与气泡运动的关系。     

基于DEM模拟的气固鼓泡床内流场间歇性及颗粒相干结构的分析

采用计算流体力学和离散元方法(CFD-DEM)对气固鼓泡床流动行为进行模拟研究,并基于模拟结果分析鼓泡床内气泡和颗粒微观运动特性。对颗粒速度的脉动能谱进行分析,发现鼓泡床流场中存在间歇性。通过对比鼓泡床不同轴、径向位置的颗粒脉动速度的平坦因子,发现鼓泡床内不同位置的流场间歇性不同,随着床层高度的增加,流场的间歇性减弱;在径向上,过渡区的流场间歇性明显大于边壁区和中心区。进一步采用连续小波分析方法揭示了相干结构(颗粒涡团)的分布以及演化过程,并分析了不同尺度下相干结构(颗粒涡团)的分布与鼓泡床内颗粒与气泡运动的关系。     

近似熵的性质及其在气固流化床复杂性研究中的应用

介绍了一种新的度量序列复杂性的统计方法——近似熵(ApEn),并将其应用于气固流化床流型识别中。通过分析和研究不同操作条件下气固流化床压力脉动时间序列,证明了近似熵与气泡行为有着良好的对应关系,能够较好反映床内复杂性的变化,可以作为有效辨识气固流化床起始鼓泡态、充分鼓泡态和湍动流化态等流型的特征参数。实验数据的计算和分析也表明了近似熵随数据长度的变化小,只需要较短的时间序列就能得到较为稳定的ApEn值;受数据中的瞬态噪声影响小,抗干扰能力强。是一种适合数据变化快、干扰大的工业现场测量的复杂性参数。     

催化裂化流化床内构件的研究进展

介绍了近年来催化裂化流化床中内构件的研究现状,主要包括挡板、垂直管束和填料。阐述了气、固两相在装有不同内构件的流化床中的流动特点,指明了各类内构件的优缺点。并详细阐述了挡板式和填料式内构件的改进历程,根据现有内构件存在的优缺点提出了新的内构件的开发方向。     

稠密气固两相流动的颗粒二阶矩方法及鼓泡床流化特性的模拟

采用颗粒动理学方法,考虑颗粒速度脉动各向异性,建立颗粒相二阶矩模型。应用初等输运理论,对三阶关联项进行模化和封闭。考虑颗粒与壁面之间的能量传递和交换,建立颗粒相边界条件模型。数值模拟鼓泡流化床内气固两相流动特性,模拟结果表明鼓泡流化床内颗粒相湍流脉动具有明显的各向异性。预测颗粒速度与Muller等和Yuu等实测结果相吻合。预测颗粒脉动速度二阶矩与Muller等实验结果变化趋势相同。统计得到的固相雷诺应力型二阶矩与Muller等实测颗粒脉动速度二阶矩和Yuu等实测颗粒脉动速度相吻合。     

鼓泡床反应器内流动与传质行为的研究进展

总结了有关浆态鼓泡床反应器内流动、混合用气液传质特性的研究成果,详细地介绍了鼓泡床反应器内气含率、液速、液体轴向扩散系数、传质系数的测量方法,阐述了鼓泡床反应器性能的主要影响因素,如系统压力、温度、气体表观气速、液体性质及固含率等对流动、液相混合和传质特性的影响,并对鼓泡床反应器的应用前景进行了详述.     

B类颗粒在鼓泡流化床中流动特性的数值模拟

采用欧拉双流体模型对鼓泡流化床中气-固两相流动行为进行数值模拟。模拟结果表明,采用结构曳力模型能够较好地预测B类颗粒在鼓泡流化床中的流动行为。对比初始流态化颗粒浓度图和完全流态化颗粒浓度分布图,可以发现结构曳力模型能够较好地展现鼓泡流化床中气泡的运动特性。当比较不同曳力模型下的模拟结果时,结构曳力模型比传统曳力模型能够更好地预测颗粒的径向分布。