多喷嘴对置式粉煤气化炉的数值模拟

采用k-ε湍流模型对多喷嘴对置式粉煤气化中试装置进行了三维数值模拟研究。引入了多反应进程变量MSPV方法分别模拟了煤的脱挥发分、焦炭与氧气、焦炭与二氧化碳和焦炭与水蒸气的4个过程;用截断高斯分布的PDF函数表示湍流对化学反应的影响。模拟结果显示:常压下,火焰主体温度约2 500 K;除喷嘴区域外,煤中释放的气体在气化炉内分布均匀;焦炭与二氧化碳、焦炭与水蒸气的气化反应主要集中在折返流区。喷嘴高度上移0.2 m,撞击流股速度增加约50%,拱顶附近温度上升108 K。氧煤比/水蒸气煤比增大,撞击流对炉顶的冲刷力显著增加。     

气液混合式撞击流反应器流场特性数值模拟

撞击流反应器具有高效传质和相间强相互作用等优点,在工业上被广泛应用.基于传统撞击流反应器构建了新型二路加速管同轴对置撞击流反应器,进行了以空气为连续相、液态水为离散相的流场混合特性模拟,分析了不同气相流速下气液高速混合流动过程,研究内部流场速度、压力分布及颗粒直径与停滞时间的变化特性.结果表明,流场分布关于撞击面对称,...     

小间距两喷嘴对置撞击流流场的数值模拟与实验研究

运用热线风速仪和CFD软件对小喷嘴间距下两喷嘴对置撞击流时均流场进行了实验研究和数值模拟,并和文献中的实验结果和近似解析式进行了比较。研究结果表明：由于边界层存在,单股喷嘴出口速度分布为“礼帽”形状分布;在L<2D(L为喷嘴间距,D为喷嘴直径)时,喷嘴出口速度剖面出现中间低、两边高的“双峰”形状, L=2D时,“双峰”形状消失。随着喷嘴间距的增大,相同气速比导致的撞击面驻点的偏移量增大。相同气速比下,喷嘴出口为“礼帽”分布时驻点的偏移量比均匀分布时大。文献中的撞击流流场的近似解析式对喷嘴出口速度分布为均匀分布有很好的精度,当喷嘴出口速度为“礼帽”分布时,文献中近似解析式的预报精度变差。     

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...     

两喷嘴对置撞击流径向射流流动特征

对喷嘴间距与喷嘴直径比为0.5～100范围内两喷嘴对置撞击流径向射流的湍流脉动特征、速度分布和扩展率等进行了实验研究和数值模拟。研究结果表明,撞击流径向射流明显较自由射流湍动强烈;从驻点开始径向射流速度逐渐增大到最大值后开始衰减,射流呈现自相似性;随着喷嘴间距增大,撞击流径向射流的扩展率呈现增大的趋势,大约为自由圆射流的1.5～3倍。采用CFD软件对撞击流径向射流的速度分布特征进行了数值模拟,与实验结果相比,两方程湍流模型预报的撞击流径向射流的扩展率明显偏小,雷诺应力模型的预报精度有较大改进。     

撞击式泡沫洗涤器流场数值模拟

采用k-ω湍流模型和拉格朗日两相流模型模拟了撞击式泡沫洗涤器内气液逆流接触的两相流场,通过分析中心截面的气相速度分布,可将气液两相相互作用区分为回流区、泡沫区和壁面环流区3个区域;探索用液相浓度分布来定量表征泡沫区即有效传质区的范围;考察了5种工况下洗涤器压降的模拟结果,并与试验结果相对比吻合较好(相对误差小于10%),验证了模拟的可靠性。     

撞击流反应器流场的有限元分析初探

撞击流已被证明是强化相间热质传递最有效的方法之一，作为一种新型的反应器——浸没循环撞击流反应器，在液相和液固相反应极具应用开发潜力。本文用有限元软件ANSYS／FLOTRAN对其三维流场进行模拟和分析。结果表明SCISR流场中各参数关于Y轴完全对称；撞击区速度和压力都较大，撞击区静压高，且在驻点达到最大值。     

浸没式撞击流反应器流场涡特性的数值研究

利用大涡模拟（LES）方法研究了撞击流反应器内流场涡特性,分析撞击区域流体流动特征。改变进口速度、喷嘴间距,讨论流场速度、涡量和平面涡能量分布规律,并分析了流场流型、涡演化过程和涡核形式。在反应器内靠近撞击驻点的涡尺寸小、脉动性高,随着撞击距离的增加,流体速度逐渐减小,涡影响范围变大。平均涡量和平均涡能量随进口速度的增加,先增加后减小。结合Q判据分析了反应器内涡的演化过程和流体流型。根据径向射流涡的演变过程,得到径向射流两侧涡演化的周期,在0.15~0.20 s之间。撞击区的涡结构主要为马蹄涡和肋状涡,在出口位置存在涡环。研究结果为深入分析撞击流反应器流体运动规律和优化反应器提供了理论参考。     

撞击流反应器流场数值模拟及其混合性能优化

利用数值模拟方法分析多喷嘴对称撞击流反应器内部流场以优化反应器结构。研究不同喷嘴数和进料条件对撞击流反应器内速度场、湍流特性及混合效果的影响。结果表明,不同喷嘴数撞击流反应器内流速分布为双峰型,等流速工况下速度梯度随喷嘴数增加而减小,高剪切力分布范围随喷嘴数增加先增大后减小。通过分析湍流尺度分布发现小尺度涡旋主要集中在撞击区,而大尺度涡旋主要集中在发展区,且四喷嘴撞击流反应器平均剪切应力及涡旋尺寸梯度最大,四喷嘴结构更有利于增强流体湍动强度并强化混合。撞击流反应器内平均湍动能随喷嘴数增加先增大后减小,其中四喷嘴撞击流反应器内平均湍动能最大。当撞击流反应器为四喷嘴结构时,其混合效果最好,完全混合时间最短为22 s。在本研究工况内四喷嘴结构为撞击流反应器混合的最优结构。     

浸没式撞击流反应器流场涡特性的数值研究

利用大涡模拟（LES）方法研究了撞击流反应器内流场涡特性,分析撞击区域流体流动特征。改变进口速度、喷嘴间距,讨论流场速度、涡量和平面涡能量分布规律,并分析了流场流型、涡演化过程和涡核形式。在反应器内靠近撞击驻点的涡尺寸小、脉动性高,随着撞击距离的增加,流体速度逐渐减小,涡影响范围变大。平均涡量和平均涡能量随进口速度的增加,先增加后减小。结合Q判据分析了反应器内涡的演化过程和流体流型。根据径向射流涡的演变过程,得到径向射流两侧涡演化的周期,在0.15~0.20 s之间。撞击区的涡结构主要为马蹄涡和肋状涡,在出口位置存在涡环。研究结果为深入分析撞击流反应器流体运动规律和优化反应器提供了理论参考。     

撞击流反应器内幂律流体流动特性的数值模拟

采用数值模拟方法对撞击流反应器内幂律流体的流动特性进行研究,分析了不同喷嘴间距和入口流速下清水和不同质量分数幂律流体的径向射流扩展率、径向速度衰减率、剪切应力、表观黏度等分布规律,研究表明：幂律流体中径向射流的径向速度分布规律与清水径向射流相似。随喷嘴间距的增大,扩展率增大,径向速度衰减率减小,平均剪切应力呈先增大后减小的变化规律,其中L=3D时平均剪切应力值最大,更利于流体混合。入口流速越大,扩展率越小,径向速度衰减率越大,平均剪切应力也随之增大。幂律流体的平均剪切应力大于清水,且随质量分数的增大,其扩展率增大,为清水扩展率的1.3~3.3倍,而幂律流体的径向速度衰减率从-1.268~-1.125降低到-1.144~-1.082,逐渐小于清水。幂律流体径向射流区域的剪切应力呈“M”形分布,表观黏度则呈“W”形分布,流体的流变性质对撞击流反应器内流体的流动规律影响显著。     

旋流板塔内气相流场的速度及压降的数值模拟

通过FLUENT计算流体力学软件对旋流板塔内的气相流场进行数值模拟分析。采用k-ε湍流模型和SIMPLER算法,对旋流板塔内气相流场进行三阶运算,得到气相流场的三维描述。模拟结果表明：将模拟所得的压降与试验值进行对比,发现在小进气量工况下数值模拟结果和试验结果吻合较好;在旋流板塔流场内部,存在一轴向速度为负的区域;切向速度随着高度的增加而强度减弱;径向速度随着高度的增加,减小的趋势比较明显。     

基于阶跃射流的撞击流反应器流场动态特性分析

利用实验与数值模拟方法对动态阶跃型撞击流反应器流场特性进行研究,分析不同入口速度条件下流体流动规律、湍流特性以及能量水平。结果表明,动态阶跃型入口条件下,撞击面在两喷嘴之间周期性移动,流动参数也会发生周期性变化。随着入口平均速率的增大,驻点速度逐渐增大;随着两喷嘴入口速率差的增加,撞击面移动速度加快,撞击区流体湍流强度逐渐增加;随着入口平均速率与入口速率差的增大,XOZ平面在一个周期内的平均湍动能逐渐减小。对比动态撞击流反应器与稳态撞击流反应器内流场特性,探究动态入口条件对撞击流反应器流场特性的影响。结果表明,动态阶跃撞击流反应器湍流黏度、湍流强度和湍动能等参数均明显高于稳态撞击流反应器,撞击轴线上的湍动能梯度分布大于稳态撞击流反应器。动态入口条件下撞击流反应器流体湍动更剧烈,能量水平更高,有利于增加流场内流体扰动与促进混合。     

齿边浮阀塔内气相流场的数值模拟和分析

A three-dimensional computational fluid dynamics （CFD） model for gas flow through a serrated valve tray was presented. The flow field, as well as the dry-pressure drop of the valve under the full-opening condition was simulated based on the proposed model by using FLUENT 6.0 software. Compared with the values of dry-pressure dro.p in different turbulent models, the.simulated.results using RNG κ-ε model are in reasonable agreement with experimental data, indicating that RNG κ-ε model is suitable in simulating gas flow through the serrated valve tray. Then the CFD model combining RNG κ-ε model was used to study the three-dimensional gas flow through the considered serrated valve tray. The simulated results showed that various eddies existed on the serrated valve tray, and both the eddy and the non-eddy areas were nearly equal. The existence of addendum can decrease the eddy area caused by gas passing through the lateral outlet slots. The size of eddies can be reduced by optimizing the distance between valves.     

液体连续相撞击流反应器中流体混合时间的数值模拟

在混合时间理论计算基础上利用CFD技术模拟连续操作的LISR混合过程, 数值计算与验证混合时间的变化规律。结果表明, 随着输入比有效功率增大, 混合时间先急剧减小后逐渐趋于平稳;LISR撞击区一次撞击局部混合时间在0.25 s以内, 与经验公式或理论公式计算所得结果在数量级上完全一致, 证明数值方法分析一次撞击局部混合时间是可行的, 而且可以弥补实验无法测定中间过程参量的不足;进一步数值分析宏观混合时间与微观混合时间发现, 二者大小相差1个数量级, 但二者变化规律处于一种联动平衡状态, 该结果与前期理论分析结果一致;本研究所得结论可为后续LISR混合强化机理与性能研究提供定量参考。     

分布孔大小对环流反应器内流动影响数值模拟

采用k-ε二方程模型和欧拉多相流模型,对一种气升式环流反应器内的湍流气液二相流进行了全尺寸的数值模拟研究,考察了采用具有不同大小分布孔气体分布器时反应器内气含率和流速分布的细节。模拟结果表明采用小分布孔的反应器内的平均气含率较高,气液二相接触效果较好,对于反应过程有利。计算所得的整体气含率与实测的整体气含率进行了对比,吻合较好。     

立式循环撞击流反应器不同撞击间距下混合性能分析

为优化和改进立式循环撞击流反应器的结构布局,提高其混合性能,本文采用Fluent软件对立式循环撞击流反应器在导流筒不同间距结构下的流场进行数值模拟,反应器上下两导流筒的间距D设置为60 mm、80 mm、100 mm、120 mm,反应在3组转速下分别进行w=5 r/s、15 r/s、25 r/s。计算结果表明：在相同转速下,导流筒间距D=80 mm时的特征撞击面上的平均速度最大,说明该结构下对应的传质效果更好;在相同转速下,导流筒间距D=60 mm时撞击面径向速度分布的均方根差σ最大,表明该结构下速度分布的梯度最大,流场剪切混合效果更好。