立式径向流吸附器中流体均布的理论分析

为提高空分用吸附器吸附效率,通常在内分布流道布置一锥体使内外分布流道沿轴向压降梯度相等以保证空气在吸附剂中流场均匀。通过对立式径向Z型吸附器内的压降分析,推导出一个可表征当空气在吸附剂中均匀分配时吸附器各参数应满足的量纲1微分控制方程。同时对一个实验径向吸附器进行设计,利用该量纲1微分控制方程获得了锥体截面半径随轴向高度的变化规律,为该类径向吸附器的设计提供了理论依据。     

分层填料旋转床气相流场的CFD模拟研究

分层填料旋转床(SP-RPB)是一种新型高效的化工过程强化设备,对气相阻力控制的吸收、精馏等传质过程有明显的强化作用。文中采用计算流体力学方法(CFD)对该结构旋转床内的气相流场进行了模拟研究,分析了流体流速、转子转速及填料转动形式对SP-RPB内部压力场、速度场和湍动能分布的影响规律。计算使用RNG k-ε湍流模型和SIMPLE算法,填料层用多孔介质(Porous Media)模型,模拟结果与实验数据吻合良好。结果表明:SP-RPB内气相压降主要产生在填料区,切向速度远大于径向速度,流场以旋转场为主,湍动程度高于普通的旋转填料床,且湍动能沿径向的分布更为均匀,表明分层填料旋转床在强化气相传质方面比普通旋转填料床更具优势。     

SCR系统流场优化数值模拟研究

为提高选择性催化还原脱硝系统(SCR)的烟气气流均匀性,进而提高SCR反应器的催化效率、减少催化剂的冲蚀和损耗、提高催化剂使用寿命和提高催化反应反应物的接触程度,针对SCR反应器的流场开展数值模拟以及导流板和整流板的结构优化,基于Realizable k-ε模型和多孔介质模型,通过对全尺寸SCR反应器模型的速度场的模拟,研究导流板结构、整流板数量对于SCR脱硝系统的流场组织和气流均匀性的影响。通过模拟SCR反应器内的颗粒分布,研究飞灰颗粒对流场的影响。通过计算整流板前截面的相对速度偏差和分析不同优化方案下的SCR反应器的速度场,评估导流板和整流板的导流效果,进而确定最佳方案。结果表明:在弧形、直弧形、弧形、直弧直4种导流板方案中,直弧直形导流效果最好,这是因为弧形导流板前的水平直板和竖直直板可以更好地引导气流流动;结合反应器采用斜顶设计的几何特点,基于流场调整导流板形状与速度梯度方向相同,可以显著优化烟气的气流组织,减少转弯处的能量耗散;催化剂层前的整流板可进一步引导气流流动,极大改善气流均匀性;但过多的整流板提高近壁面处的烟气气流阻力,加剧能量耗散和速度不均匀性,反而降低整流板的整流效果。本研究整流板数量15较为合适。经过对导流板和整流板结构及数量的调整,最终可将催化剂上层的速度偏差降至6.68%,符合工业要求。针对烟气颗粒场的分析表明,飞灰颗粒主要沉积在烟道右壁面和上升通道上壁面处;同时,对颗粒沉积处必要的飞灰处理可减少烟气飞灰对于催化剂的冲蚀作用。     

径向流吸附器流体流动特性及其结构参数优化

径向流吸附器通常存在流体沿轴向床层分布不均匀,从而导致吸附剂利用率下降和空分系统运行安全性问题。通过对表征Z型径向流吸附器流动特性的微分控制方程中包含的结构参数进行量纲1化,系统地研究了各结构参数对吸附器内流体分布的影响。同时针对实验室已有的一台Z型径向流吸附器,采用理论求解和实验数据对照的方法验证了模型的可靠性。结果表明,减小吸附床层轴向高度和吸附剂颗粒直径能显著提高Z型径向流吸附器内流体分布的均匀性;当空气的运动黏度和其他结构参数不变时,吸附器的空气处理量在一定范围内变化对吸附床层内流体的均匀性影响不大。     

径向流吸附器流体流动特性及其结构参数优化

径向流吸附器通常存在流体沿轴向床层分布不均匀,从而导致吸附剂利用率下降和空分系统运行安全性问题。通过对表征Z型径向流吸附器流动特性的微分控制方程中包含的结构参数进行量纲1化,系统地研究了各结构参数对吸附器内流体分布的影响。同时针对实验室已有的一台Z型径向流吸附器,采用理论求解和实验数据对照的方法验证了模型的可靠性。结果表明,减小吸附床层轴向高度和吸附剂颗粒直径能显著提高Z型径向流吸附器内流体分布的均匀性;当空气的运动黏度和其他结构参数不变时,吸附器的空气处理量在一定范围内变化对吸附床层内流体的均匀性影响不大。     

真空变压吸附制氧径向流吸附器的流动特性模拟

真空变压吸附制氧是一个复杂的动态过程,深入了解真空变压吸附制氧过程中吸附器内的流动特性是吸附器设计与完善的基础.基于Fluent中的多孔介质模型,通过用户自定义函数功能,建立了真空变压吸附制氧用径向流吸附器的二维轴对称模型,研究了真空变压吸附首次和第二次循环中径向流吸附器的流动特性,对比分析了吸附剂颗粒直径、流道截面积...     

立式循环撞击流反应器三维流场的数值模拟

利用Fluent软件对立式循环撞击流反应器三堆流场进行数值模拟和分析.立式循环撞击流反应器内速度场和压力场分布关于撞击面对称,证实了驻面的存在,导流筒外侧和撞击面边缘存在死区;由于导流筒对流体引导作用,撞击区水平面x轴上速度最大的点出现在导流筒近壁面位置;定义了表征不同撞击流初始速度下混合效率无量纲系数k,且k值随撞击...     

并联管路气液两相流量均布特性数值模拟研究

为了确保大型液化天然气(LNG)板翅式换热器冷箱并联管路流量均布性,基于计算流体力学(CFD)方法,根据实际板翅式换热器冷箱并联管路的形式,简化并建立了并联管路物理模型,模拟研究了气液两相流的流量均布特性。研究结果表明:当气液两相流速固定时,增加两相的体积含气率会先降低后提高流量分配的均匀性;当两相的体积含气率固定时,流量分配均匀性随流速的增加而变好。不同管路布置方式对并联管路流量分配影响不同。为提高并联管路流量的均布性,当管道水平布置时,优先考虑水平上进下出式;当管道垂直布置时,优先考虑垂直向下流入式。上述研究成果将为大型LNG板翅式换热器冷箱并联管路运行参数和布置方法的设计提供重要的理论依据。     

非牛顿流体搅拌流场的数值模拟研究进展

对非牛顿流体搅拌流场数值模拟过程中的控制方程、旋转桨叶的处理以及数值计算方法三个方面进行了综合论述。阐述了广义牛顿流体模型形式简单、计算量低,在非牛顿流体搅拌流场数值模拟过程中应用广泛;黏弹性流体本构方程具有高度的非线性,采用计算流体力学(CFD)方法对其搅拌流场进行数值模拟难度较高,目前仍处于起步阶段;通过合理简化黏弹性流体本构方程以及采用恰当的数值离散方法,有助于在黏弹性流体的搅拌流场数值模拟中取得进展。     

分层填料对旋转填料床气相流场影响的数值模拟

通过设计简化的分层填料旋转床(SP-RPB)模型,采用计算流体力学方法(CFD)对比同尺寸旋转填料床(RPB)的稳态气相流场。分析转速和进料速度对气相压力、相对速度及湍动能分布的影响,同时还考察了单位丝网圈上的压降情况。结果表明,在气体进入各级填料位置的相对速度出现峰值,湍动能分布与之相同,各峰的出现位置仅由填料位置决定,两者共同表明SP-RPB具有多个端效应区域。转速增加对相对速度峰值大小有更明显的提升,较大的进料速度使填料内气体的速度波动更大,也使湍动能的峰值有所增加。由于SP-RPB内填料厚度较RPB变薄,从整个设备范围上看,SP-RPB表现出更低的压降。进气速度提高和转速降低使SP-RPB两层填料间的高压范围变窄,但SP-RPB的单位丝网圈数压降更大。     

Investigation on a vertical radial flow adsorber designed by a novel parallel connection method

Due to the increasing global demand for industrial gas,the development of large-scale cryogenic air separation systems has attracted considerable attention in recent years.Increasing the height of the adsorption bed in a vertical radial flow adsorber used in cryogenic air separation systems may efficiently increase the treatment capacity of the air in the adsorber.However,uniformity of the flow distribution of the air inside the adsorber would be deteriorated using the height-increasing method.In order to reduce the non-uniformity of the flow distribution caused by the excessive height of adsorption bed in a vertical radial flow adsorber,a novel parallel connection method is proposed in the present work.The experimental apparatus is designed and constructed;the Computational Fluid Dynamics (CFD) technique is used to develop a CFD-based model,which is used to analyze the flow distribution,the static pressure drop and the radial velocity in the newly designed adsorber.In addition,the geometric parameters of annular flow channels and the adsorption bed thickness of the upper unit in the parallelconnected vertical radial flow adsorber are optimized,so that the upper and lower adsorption units could be penetrated by air simultaneously.Comparisons are made between the height-increasing method and the parallel connection method with the same adsorber height.It is shown that using the parallel connection method could reduce the difference between the maximum and minimum radial static pressure drop by 86.2％ and improve the uniformity by 80％ compared with those of using the height-increasing method.The optimal thickness ratio of the upper and lower adsorption units is obtained as 0.966,in which case the upper and lower adsorption units could be penetrated by air simultaneously,so that the adsorbents in adsorption space could be used more efficiently.     

汽提双塔并联工艺及操作的优化

针对传统汽提生产流程存在的问题，论述了双塔并联工艺及其特点和操作控制的优化过程。指出双塔并联工艺对于PVC装置生产强度、产品质量的提高和操作控制的优化等都有重要的意义。     

平行流换热器两相流分配模型的建立与验证

制冷剂的分配不均对平行流换热器的换热性能会产生重大影响。基于T型管的T-junction模型,联立质量方程和压力方程,设计合适的算法建立平行流换热器两相流流量分配的模型,该模型的优势在于无需已知分歧管流量可模拟分歧管的分配特性。在此基础上,将模型的计算结果与实验数据对比验证,验证了模型有效性,为平行流换热器的设计提供合理的依据。计算并分析了干度与质量流量对平行流换热器分配的影响,结果表明干度对平行流换热器分配的影响不大。在干度不变时,提高流体的质量流量可以对平行流换热器流量分配进行改善。     

旋转填料床气液两相流场的仿真分析

通过合理简化旋转填料床(RPB)结构,建立了三维物理模型,利用商用软件Fluent的计算平台,采用欧拉两相流模型和多孔介质模型对旋转填料床内的气液两相流场进行了仿真分析,深入分析了其压力场分布和速度场分布,并在此基础上对比了气相压降随旋转床转速变化的仿真结果与实验结果,两者变化趋势一致,表明所建立模型能近似地模拟旋转填料床的流场分布,并指导理论研究和实验研究进一步深入。     

加热上升管内过冷流动沸腾数值模拟

采用计算流体动力学（CFD）程序CFX4.4对加热上升管内过冷流动沸腾工况下气水两相流动局部两相流参数（空泡份额和汽泡尺寸）进行了数值模拟。对数值差分方法、相关模型（界面力和气泡诱导的紊流）和汽泡尺寸进行了敏感性分析。空泡份额分布计算结果与实验结果比较表明,在低空泡份额工况下,两者符合较好,在高空泡份额工况下两者存在一定偏差,并且气相速度和汽泡尺寸的计算结果不理想。计算结果与实验结果之间的差异说明程序模型对于加热上升管内过冷流动沸腾模拟并不完善,建立更为合理的汽泡尺寸模型,考虑汽泡的合并和撕裂是必要的。     

液体并流塔板技术进展

液体并流塔板,即相邻2层塔板上液体流动方向相同,能有效提高塔板效率。文中介绍了国内外并流塔板的板效率模型的发展状况,对国内外开发的各种并流塔板结构及性能进行了分析,并考察了立体传质塔板的性能及工业应用情况。为了开发适合大塔径的高效塔板,基于液体并流板型能提高板效率的机理,结合性能优良的立体传质塔板,采用特殊的降液结构,提出了一种新型液体并流复合塔板的结构型式。新型塔板具有气、液体处理量大、传质效率高、操作弹性大的特点,而且有效避免了普通逆流板型的液体滞留区的产生。     

The effect of gas diffusion layer compression on gas bypass and water slug motion in parallel gas flow channels

Water slugs form in the gas flow channels of polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs) which hinder reactant transport to the catalyst layer. We report a study correlating video images of slug formation and motion with pressure/flow measurements in parallel gas flow channels. Slugs move when the differential gas pressure exceeds the force to advance the contact lines of the slug with the channel walls. Water slugs can divert the gas flow through the gas diffusion layer (GDL) beneath the ribs to adjacent channels. The flow diversion can cause slugs to stop moving. Slug size and motion has been correlated with in situ GDL permeabilities as functions of GDL compression. Compression reduces the GDL permeability under the ribs much more than the GDL permeability under the channel. A model is presented to describe the spatio‐temporal location of slugs in a PEMFC flow field. © 2014 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 61: 355–367, 2015