异形纤维阵列过滤特性的数值模拟

为研究异形纤维排布方式对其过滤性能的影响,以矩形及交错排布为基础,在保持纤维体积分数不变的条件下,通过改变纤维的列间距调整阵列结构,运用CFD-DEM耦合方法对含尘空气通过具有不同异形纤维阵列结构的简化过滤器模型过程进行数值模拟。结果表明：当纤维的体积分数保持不变,交错纤维阵列较矩形阵列过滤效率高出35%,且对于颗粒的吸附力更强;而在交错阵列的基础上,调整列间距得到的前密阵列和后密阵列均可保持80%左右的过滤效率,且不影响颗粒吸附力的大小,但前密阵列产生的压降更低,即具有更高的品质因数;在整个过滤过程中,纤维-颗粒间的黏附作用远远高于颗粒与颗粒间的相互作用,说明颗粒过滤主要来源于纤维-颗粒作用的贡献。     

轴径向二维流反应器中催化剂封内流动特性的研究

在高7m、直径3m的轴径向二维流反应器冷模装置上考察了催化剂封内流体的流动行为,并采用二维流动模型进行了模拟和剖析。研究结果表明,轴径向二维流反应器催化剂封区内存在轴向和径向流并存,且以轴向流为主的二维流动特性。催化剂封区内流体的停留时间受催化剂封高影响显著:封高为0.5m时,通过催化剂封顶部的流量达到6.5%,但最短停留时间仅为床层主体的一半;封高为1.6m时,通过催化剂封顶部的流量为3.1%,但最长停留时间达到床层主体的6倍多。限流区的设置可对催化剂封区内的流场分布作微调,并不改变床层主体的停留时间分布,当限流比为25%时,催化剂封内最短停留时间可提高30%,最大停留时间仅提高10%。适宜的催化剂封高的设置是保证催化剂封利用率和反应器安全性的关键。     

径向移动床气固流动特性数值模拟

应用计算颗粒流体力学(CPFD)方法对矩形与楔形结构径向移动床内气固两相流动规律进行数值模拟。考察了床型结构、料封高度等关键结构参数对径向移动床内气固两相流场分布的影响。通过优化移动床关键结构参数,改善径向移动床中出现的贴壁、空腔问题。结果表明,模拟结果与相应工况下的实验数据吻合较好,模型可以定性描述径向移动床内气固两相流动规律。楔形结构不但能够提高贴壁临界气速,减小贴壁区域厚度,缓解贴壁现象;而且能够有效减小窜气量,明显提高临界空腔气速,避免或者缓解空腔现象。料封高度是影响空腔现象形成的关键性因素之一,适当增加料封高度可以有效消除空腔现象,提高装置操作弹性和操作稳定性。     

新型径向叶片式旋转床压降分析及气相流场模拟

针对折流式旋转床压降高、能耗大的问题,提出了一种新型超重力旋转床设备--径向叶片式旋转床。首先,对该旋转床的压降进行了理论分析和建模,并利用水-空气体系进行了实验研究。通过改变气量、转速和液量探究了新型径向叶片式旋转床压降的变化规律,结果表明压降随气量、转速和液量的增加而增加,且随着气量和转速的增加,液量对压降的贡献逐渐减小。压降模型的预测值与实验数据的相对偏差基本在10%以内,表明模型可以较好地预测新型径向叶片式旋转床的压降。另外,通过计算流体力学（CFD）软件的模拟获得了旋转床内气相流场和压力分布的结果,发现转子内压降是总压降的主要部分;气体进入转子后会因叶片作用使得周向速度变大,并在转子外缘处达到最大值;气体的进口流速将会影响旋转床内的气相分布。利用实验数据对CFD模拟结果进行了验证,两者的相对偏差在10%左右。     

环管反应器内传热过程的数值模拟

为了对环管反应器内传热规律进行研究,在Euler-Euler双流体动量传递模型和环管反应器聚合传质模型的基础上,考虑了环管反应器内传热过程,建立了环管反应器传热数学模型,对工业烯烃聚合环管反应器内流动、传热和传质及聚合反应过程进行了研究。反应器内浆液温度的模拟值与工业现场值吻合,说明所建立的环管反应器传热数学模型是有效的。模拟结果表明,环管反应器温度与物料浓度存在不均匀分布。在上升段,温度分布呈中心对称,在弯管段不再呈中心对称,下降段的温度因弯管段的不均匀分布而不再呈中心对称分布;随着浆液入口速度或入口固体颗粒相体积分数的增加,环管反应器上升直管段,弯管段以及下降直管段温度降低;管壁冷却水温度不同,对环管反应器内冷却能力也不同,在反应器内相同的释放热量情况下,冷却水温度越低,对反应器内物料的冷却能力就越强。     

径向流反应器的研发和应用

全面介绍了径向流反应器的结构和特点,总结了变质量流动规律、流道静压分布规律、动量交换系数和穿孔阻力系数的研究成果,特别介绍了新型轴径向流反应器及其催化剂封区的二维流特征、大型冷模开发研究和数学模型。提出了径向流反应器在不同化学工艺中的特点、分类及其应用,并对径向流反应器的大型化趋势作了展望。     

不同入口结构下行床内气固流动及混合行为的CFD-DEM模拟

采用计算流体力学和离散单元模型（CFD-DEM）耦合一种简单的气固催化反应模型对具有不同入口结构的二维下行床内的气粒流动和混合行为进行全床数值模拟。模拟得到了不同入口结构下行床内的多尺度气固运动状态、全床的固含、速度及反应生成物浓度分布,以及气体和颗粒在下行床内的停留时间分布,发现入口结构对反应器内的流动、混合和气固接触效率起着关键性的作用,入口气体和颗粒的不均匀分布将导致下行床内气体停留时间的宽分布以及气固接触效果的恶劣。     

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。     

折流式旋转床气相流场数值模拟研究

采用CFD方法对折流式旋转床气液两相流动及压降进行数值模拟,建立了二维物理模型,研究了折流式旋转床转速、动静圈对数、进气量对气相压降和气相流场的影响,并用实验数据对模型进行验证. 结果表明,计算与实验相对误差在15%以内. 气相压降随进气量和动静圈对数增加而显著增大;转速增加,压降增大,但不明显,压降主要集中在转子内部,占总压降的88%~97%,其中转子压降的55%~73%由拐弯处的摩擦阻力引起;气体在静圈下隙存在回流,在动圈上隙气体流动缓慢,存在流动死区,气速主要以切向速度为主(占80%以上),峰值位于转子外缘,并与气体入口存在较大速度梯度,径向和轴向速度所占比例较小,且因位置不同而不同. 速度变化和压降的变化是转速、进气量和动静圈数等共同作用的结果.     

基于FLUENT软件的管式搅拌反应器流场的数值模拟

运用商业计算流体力学(CFD)软件FLUENT对一种新型管式搅拌反应器进行流场模拟,用GAMBIT建立流场实体模型,采用标准k-ε湍流模型以及多重参考系法(MRF)处理搅拌桨区.结果表明,计算所选模型能较准确地预测搅拌反应器的速度场、压力场及湍流动能分布,考察流量为1 m3/h时不同搅拌转速对反应器内部混合的影响,此时对应的最佳搅拌转速为50 rpm左右.模拟结果将为实验研究提供适当的操作参数,对搅拌反应器的优化和放大具有一定参考价值.     

基于CFD-DEM方法的净化器流场模拟与结构优化

针对空气净化器能耗高的问题,使用离散元方法(DEM)在吸附滤网中建立随机堆积柱形活性炭模型,采用计算流体力学(CFD)方法对空气净化器内部流场进行数值模拟,在模拟与实验验证的基础上,考察了压降最小、流场最均匀的吸附滤网结构。结果表明,空气净化器压降主要发生在轴向,活性炭吸附滤网中回流、沟流现象严重,流体阻力是其他两种滤网的3倍。边数对多边形填充孔结构吸附滤网内压降与流场均匀性无影响,当孔结构改为圆形时,压降减小约52 Pa,节能18.4%(49 W);当孔直径由8 mm增至12 mm,压降减小约48 Pa,节能19.4%(45 W);滤网间距对空气净化器压降无影响,圆形、小孔径的吸附滤网内流场最均匀。     

异形催化剂床层中Sabatier反应的微-介尺度模拟

采用离散元方法（DEM）建立随机堆积球形、柱形催化剂床层,计算流体力学（CFD）方法模拟Sabatier反应床层介尺度和催化剂微尺度的温度和物质浓度分布,并探讨了催化剂形状、壁温和入口条件对反应特征的影响。结果表明：床层中会出现球形热点区,并随反应进行向出口移动,催化剂外层反应物浓度比内层高且呈环状分布。柱形催化剂单颗粒中心CO₂转化率较球形高,但棱角和床层壁面会出现低转化率区,床层流体会出现回流、滞留和沟流现象,最终导致CO₂转化率为球形>柱形（径高比=1.3）>柱形（径高比=1）。球形催化剂床层中,时间t=200s时,CO₂转化率达到峰值26%,若此时将壁温降低50K,时间t=500s时,较降温前CO₂转化率增大2%、热点温度降低10K;增加惰性球层、减小入口流速和温度,能提高催化剂内CO₂转化率。     

新型内构件填充床反应器数值模拟-I.气相流场和停留时间分布

针对含新型内构件的复杂填充床内部结构，建立了包含颗粒填充床、气体通道、气体挡板的几何模型下气液两相流动的数学模型，采用计算流体力学(CFD)技术首先对气流在复杂结构下的流动分配、流型和停留时间分布进行了详细的模拟，并考察了操作参数和结构设计对流场和停留时间分布的影响. 通过压降实验数据在宏观尺度上验证了CFD模拟的正确性. 详细的内部流场展示了气体在颗粒床和气体通道内的曲折流动行为，增加了气体的平均停留时间；停留时间分布预测表明气相流动没有短路发生，平均停留时间与表观气速成反比. 内构件结构参数对气体流场和停留时间分布产生重要的影响.     

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。     

径向流脱硝反应器的设计与流体力学模拟

设计了一种新型的径向流脱硝反应器,该脱硝反应器中内部催化剂床层采取倾斜安装方式,能够有效减小床层中对反应无贡献的空间区域,较大地提高了反应器内部的空间利用率用.气体的均匀流动对脱硝反应效率至关重要,采用调整内部催化剂床层倾角并在适当位置添加挡板以保证反应气体的均匀流动.采用Fluent 6.3模拟软件对内部催化剂床层进行模拟,模拟结果表明,倾角较小且在特定区域加入档板能有效提高反应气体流动的均匀性.     

乙炔加氢制乙烯浆态床反应器的CFD模拟

对浆态床反应器中乙炔加氢制乙烯过程进行了模拟研究，采用TFM-PBM耦合方法描述浆态床内气相与浆态相的流动，并耦合乙炔加氢反应动力学建立流动-反应综合模型。通过小试实验对该模型进行验证，并将验证后的模型应用于浆态床中试装置中内构件作用机制与操作条件影响的模拟分析。结果表明，在浆态床反应器放大时，可通过设置竖管内构件，以破碎气泡，抑制气相径向运动，使乙炔加氢过程均匀、充分地进行。乙炔加氢制乙烯过程与气相停留时间和反应温度密切相关，在反应器放大中需严格控制温度，并可通过改变反应器内液位高度实现对气相停留时间的调控，从而可在保证乙炔充分转化的同时获得更高的乙烯选择性。     

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。     

管式搅拌反应器停留时间分布的数值模拟

对一种新型管式搅拌反应器的停留时间分布(RTD)进行了实验研究,运用商业计算流体力学(CFD)软件FLUENT进行流场模拟及RTD计算,证实管式搅拌反应器的停留时间分布受搅拌转速及入口流量等因素影响,带搅拌装置的管式反应器适当增加转速能使RTD曲线变窄,改善流型和抑制返混;转速过大会使RTD曲线变宽,导致死区的产生,不利于反应器的混合.RTD曲线的数值模拟计算结果与实验结果基本稳合.     

黄磷电炉数值模拟

计算流体力学技术(CFD)是进行流场计算、分析和预测的专用工具,在科学实验及工业中应用广泛。为了了解黄磷电炉内部流场温度分布、气体走向、炉体温度分布情况,应用CFD技术,对黄磷电炉进行分析、简化,选择合适的模型进行仿真模拟,实现电炉内部流场的重现,对黄磷电炉中的放大、改造、设计有指导意义。