旋风-滤筒复合除尘器的数值模拟及优化

运用Fluent软件对旋风-滤筒复合除尘器进行了模拟分析,并通过运用开口型挡板和加装底部导流板的方式对它进行优化。模拟分析显示,挡板的长度对气流分布有较大影响;优化结果显示,开口型挡板能够有效降低气速,底部导流板能够有效提高气流分布均匀性。优化后的模型和原模型相比,平均气速降低42.0%,气流分布均匀性提高82.8%。     

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。     

陶瓷干法造粒室圆柱形挡板数目对粉体混合效果的影响

为探究干法造粒过程造粒室内圆柱形挡板数目对粉体混合效果的影响。采用多重参考坐标系法与滑移网格法模拟造粒室的旋转,采用修正后的欧拉-欧拉双流体模型分析气固两相间相互作用,造粒室内湍流状态使用k-εRNG离散模型进行求解,根据颗粒体积分布及颗粒流速场探究不同挡板数目对粉体混合过程的影响。结果表明:当挡板数目为0时,过多的固体回转区严重影响粉体互相混合;当挡板数目为2时,颗粒速度及体积分数分布均匀,但继续增加挡板数目则会降低颗粒速度,并加重挡板间的颗粒堆积,使颗粒局部涡流变大,造成混合不均。实验验证了数值仿真的正确性,当挡板数目为2时,有效颗粒含量占比91%,颗粒级配最佳。所建模型及仿真结果能够有助于加深对造粒室内流场特性的了解,并对其结构的优化有一定的指导意义。     

非均匀降膜式气液交叉流除尘系统经济性分析

降膜式气液交叉流除尘系统中,布膜管表面液体受气流剪切力及壁面材质不均匀等因素的影响存在绕流和旋流的现象,该现象直接导致气液接触面积降低,不利于颗粒物的脱除。为解决此问题,采用非均匀式布膜管代替原有光滑管。数值模拟结果表明,模拟结果与实验数据吻合度较好,非均匀布膜管能够达到原有单元排75%的颗粒物脱除效率且有效降低实验液路用水量。通过对气液交叉流除尘能耗分析,得到液体输送过程能耗占据总能耗的90%以上。采用布膜管代替原有光滑刚性圆管达到相同颗粒物脱除效率时,降低了系统49%的能耗,提高了装置经济性且遏制了绕流和旋流现象。     

物料加工过程气流流道的节能改造

物料加工中的气流循环过程常伴有涡流出现,涡流会增大气流流动阻力,消耗风机能量,对设备和管道也有破坏作用,有必要采取导流措施对气流进行合理组织。基于计算流体力学模拟结果,通过在不同位置安装导流挡板对原料成型罐气流流道进行了改造。模拟及测试结果表明,改造后风量可增大14%～18%,或者气流流动能耗可降低15%～20%,原料成型床气流流场分布更加均匀。     

高岭土悬浮煅烧炉中气固二相流场的数值模拟

针对高岭土悬浮煅烧炉建立几何模型，以天然气为燃料，对气固二相流场进行数值模拟，其中对连续相采用Realizable k-ε湍流模型，对颗粒相采用离散相（DPM）模型。通过改变天然气喷射速度来探究其对煅烧炉内部气流场的影响。研究表明：注入天然气后，气流在整个煅烧炉内的停留时间相较只有空气进入时要短；且天然气存在切向速度，这使得整个流场有着旋转上升的趋势，粒子在煅烧炉主体部分分散迅速，有利于提升悬浮煅烧效率。随着天然气注入速度的增大，煅烧炉内部气流流速也会随之增大，旋流的程度也明显增大，气流在整个煅烧炉中分布更加均匀。     

双锥燃烧器外侧风道传热分析

为解决煤粉工业锅炉燃烧器风冷外壁过热问题,通过数值模拟对双锥燃烧器外侧风道传热进行了分析。模拟结果与实际相符,燃烧器风冷前锥外壁存在条带状高温区,且最高温点位于二次风入口对侧。由于外壁面的切向热传导,实际温度分布比模拟结果均匀,但两者规律一致。在50%~100%负荷内,随着燃烧器负荷降低,由于煤粉在燃烧器中停留时间增长,燃烧进程增加,外壳温度呈显著上升趋势。分析了加入回流挡板、增设隔热层2种结构优化对燃烧器外侧风道传热的影响。2种方式均可有效缓解燃烧器外壁过热问题,但加入回流挡板增加了二次风阻力,增设隔热层会使风冷前锥温度上升。     

Kenics型静态混合器性能优化的数值与应用分析

采用计算流体力学方法研究了旋流元件对静态混合器内气相流场分布和混合性能的影响.结果表明:旋流元件的加入有效降低了管路外缘处气流切向速度和径向压强分布,管内流场分布较为均匀,其中以旋流元件数N=6时最为明显;在353K的管壁加热温度下,速度均方根值再次降低,明显提高了管内气相组分的质量分数均匀性.     

旋流干燥器流场模拟研究

旋流干燥器(SMTD)作为一种新型的干燥装置,其结构简单、干燥效率高、处理量大,成为气固二相流干燥研究的新方向.文中用流体力学软件Fluent对旋流干燥器内部的流场进行了数值模拟研究,采用雷诺应力模型(RSM)模拟气相流动,模拟结果表明:旋流干燥器各干燥事内气流主要做旋转运动,穿过旋流板时,主要做返混运动;切向速度分布...     

新型多旋臂气液分离器入口旋流头的预分离特性研究

新型多旋臂气液分离器可实现大直径分离器内的气液旋流高效分离,其入口旋流头结构是分离器的重要组件之一。通过大型冷模实验,对入口旋流头结构的液滴群粒径分布进行非引出式在线测量,从压降和分离效率角度考察了旋流头的预分离性能。结果表明,在入口直管段,初始液滴粒径会在高速气流的作用下迅速进行重新分布,粒径分布呈类正态分布,Sauter平均粒径（SMD）为16.8 μm。在16.95 m/s的气速下,液滴群在H/D=2.47~8.48长度内的入口直管段中运动状态稳定,粒径分布未发生明显变化。在高气速的操作条件下,剪切效应和边壁效应共同作用使SMD略有增大。液滴群在流经旋流臂后,粒径分布发生显著变化,出现“双峰”特征,旋流臂对液滴的聚集效果明显。通过粒径分布分析,预测了旋流臂末端的液滴特征。发现旋流头的预分离性能优越,在压降占比仅3.2%~8.4%的情况下,分离效率占比可高达42.8%~62.5%。入口旋流头结构不仅可以为混合相创造强旋流的初始分离环境,还能借助自身结构特点实现对混合相的惯性预分离。     

多旋臂气液旋流分离器压降特性试验

为强化气液离心分离过程,实现在大直径分离器内的气液旋流高效分离,设计构思了一套多旋臂气液旋流分离设备,为气液分离大型化设计提供了一种新思路。在纯气流条件及不同的旋流臂喷出气速下对该分离设备进出口静压差进行了测量,实验结果表明,旋流分离设备静压差在整个运行过程中较为稳定,有较强的可预测性,无量纲标准偏差维持在2%以内,总压降与旋流臂出口气速呈现出良好的平方关系。进一步将总压降分解为入口及旋臂摩擦损失、分离器空间内摩擦损失和出口管路摩擦损失三个部分进行详细测量,获得了各部分压降与旋流臂出口速度头的定量关联模型,发现分离器空间内摩擦阻力损失在总压降中占比最大。GLVS总压降主要受旋流臂出口气速影响,加入液相后对压降影响很小。该旋流分离设备的阻力系数与普通旋风分离器相当,根据四组不同结构尺寸的旋流头得到了阻力系数与旋流头关键设计参数的关联式,为进一步结构优化提供了参考。     

多旋臂气液旋流分离器压降特性试验

为强化气液离心分离过程,实现在大直径分离器内的气液旋流高效分离,设计构思了一套多旋臂气液旋流分离设备,为气液分离大型化设计提供了一种新思路。在纯气流条件及不同的旋流臂喷出气速下对该分离设备进出口静压差进行了测量,实验结果表明,旋流分离设备静压差在整个运行过程中较为稳定,有较强的可预测性,无量纲标准偏差维持在2%以内,总压降与旋流臂出口气速呈现出良好的平方关系。进一步将总压降分解为入口及旋臂摩擦损失、分离器空间内摩擦损失和出口管路摩擦损失三个部分进行详细测量,获得了各部分压降与旋流臂出口速度头的定量关联模型,发现分离器空间内摩擦阻力损失在总压降中占比最大。GLVS总压降主要受旋流臂出口气速影响,加入液相后对压降影响很小。该旋流分离设备的阻力系数与普通旋风分离器相当,根据四组不同结构尺寸的旋流头得到了阻力系数与旋流头关键设计参数的关联式,为进一步结构优化提供了参考。     

轻烧氧化镁气流床煅烧炉热工过程及煅烧风量研究

轻烧氧化镁气流床煅烧炉热工行为研究是其热工参数优化、实现节能降耗的必需的基础性工作之一。基于Euler-Lagrange理论建立了某企业轻烧氧化镁气流床煅烧炉数值计算模型,籍此研究了炉内气固流动、传热及分解过程基本规律,并确定了现有产量下的适宜煅烧风量。结果表明：主炉内煅烧烟气旋流上升,温度中心高、壁面低;副炉内旋流效应骤减,温度趋于均匀;距离烟气入口4~18 m行程范围内,气固换热剧烈,物料快速分解,分解率达96%,而后于24 m处分解完全。将煅烧风量降至原有风量的91.22%、气料体积质量比降至1.46 Nm³/kg,不但提高了炉窑空间利用率,同时吨产品燃耗降低了8.78%。     

屏蔽挡板对电铸微模芯厚度均匀性的影响

利用有限元分析软件Ansys对电铸系统中阴极电流密度分布进行模拟。研究了不同屏蔽挡板对阴极电流密度分布的影响,预测了电铸模芯厚度均匀性的变化趋势。结果发现:屏蔽挡板能提高电铸模芯的厚度均匀性;当屏蔽挡板的方孔与阴极等大时,模芯的厚度均匀性最佳,模芯边缘与中心的厚度比由不使用屏蔽挡板时的2.03缩减至1.15。根据仿真优化结果设置对照实验。使用厚度测量仪检测样品各点的厚度,采用影像测量仪观察微透镜阵列模芯表面形貌及截面厚度的分布情况。实验结果与仿真结果匹配,优化后的模芯边缘与中心的厚度比为1.42,形貌与母版的基本一致。     

窄筛分颗粒气固流态化特性数值模拟研究

为更好地指导工业生产,了解不同粒径颗粒在气固流化床中的状态以及流化床中颗粒分布情况,针对气固流化床中窄筛分颗粒流态化特性进行数值模拟研究。通过流场模拟软件分析在相同流化床中不同粒径段的颗粒(46～80、106～113、185～221μm)和不同流化床进气速度条件下所能达到的体积分数和流化床层高度以及达到这一指标所需时间,并采用欧拉-欧拉模型和SIMPLE算法计算不同气速条件下的颗粒体积分数、速度分布。结果表明,在相同气速条件下,颗粒粒径增大,导致流化床内颗粒体积分数最高点与最低点的差距变大,颗粒分布不均匀性增加,同时床层整体高度下降,床层内颗粒密度上升,颗粒体积分数下降,流化效果降低;相同颗粒粒径情况下,增加气速可降低流化床内部颗粒的体积分数,增加气体与固体颗粒的接触面积,增强流化效果,但减少了流化床内部颗粒速度矢量分布达到均匀的时间,颗粒分布不均匀性更加明显。     

双程旋流板分离器三维流场研究

以五孔探针测量了双程旋流板分离器的三维流场,对测定结果进行了分析计算,给出了分离器内、外程的流线图,结果表明,双程旋流板分离器气流速度分布和静压分布轴对称性较好.与单程旋流板分离器相比,双程旋流板分离器有效地提高了切向速度,尤其是分离器轴心附近的切向速度,减小了最大轴向速度和向心径向速度,缩短了两相分离距离,故分离性能大大提高.对Ogawa的切向速度公式进行了修正,回归了方程的参数.为进行对比,将分离器用作喷淋塔的除雾器,当分离器断面平均气速由3.0 m(s(1提高至5.2 m(s(1时,双程旋流板分离器的带出量比单程旋流板分离器的带出量下降了72.7%到96.3%,分离效率在99.9%以上.     

合成石英玻璃炉膛内气流场模拟仿真国内外发展现状

在合成石英玻璃的生产过程中,炉膛的设计以及炉膛内气流场的合理分布和控制会影响合成石英玻璃的均匀性和温度分布,从而进一步影响合成石英玻璃的物理性能和化学成分均匀性,因此炉膛内气流场的稳定性对于提高合成石英玻璃的生产效率具有重要作用。本文介绍了合成石英玻璃的特性及相关应用,针对目前炉膛内气流场温度较高且无法进行测试等问题,结合国内外关于气流场模拟的研究现状,总结了目前气流模拟方法、仿真模型、数值计算技术等方面的研究进展。通过比较和分析多种模拟方法和模型,总结了计算流体力学(CFD)方法在合成石英玻璃制备中的应用前景。此外,文中还提出了多物理场耦合应用的发展方向,这为优化合成石英玻璃的制备流程和产品质量提供了参考。     

吸收塔工艺设计与操作运行

二转二吸制酸装置SO_3吸收率取决于最终吸收塔,SO_3总未吸收率为最终吸收塔未吸收率的1/20。SO_3吸收率达到设计值容易,但控制酸雾较难。控制水分、酸分布均匀性、气体分布是填料塔设计三要素,控制水分最重要,极限是不结露;酸分布均匀性在于分酸器;分酸、填料及填料支撑均影响气体分布,填料支撑对气体分布的影响随气速增大而增大。高温吸收的关键在于出塔硫酸温度高、低液气比,唯有提高气速才能兼顾两者,提高气速还有利于除去酸雾。泛点气速随喷淋密度降低而减小,随硫酸温度升高而增大,最佳操作气速为泛点气速的80%左右。     

文丘里洗涤器内硫化氢气体碱液吸收过程的CFD模拟

采用双流体模型、RNG k-?湍流模型和组分输运模型对不同工况下自吸式文丘里洗涤器内Na OH溶液洗消H2S气体的引射能力、气液混合度和洗涤效率进行数值模拟,对引射量的模拟结果进行了实验验证.结果表明,在气液流动过程中,随气速增大,自吸式文丘里洗涤器引射量增大,洗涤器扩大段内液相径向分布均匀性减弱,液相倾向于贴壁流动.距喉部越远,气液速度越低,液相径向分散越均匀.在H2S碱液吸收过程中,气液相间化学反应主要集中于喉部至喉部上方扩大段长度1/5区域内,反应速率随距喉部距离增加先升高后降低.最大反应速率在喉部上方扩大段长度5%处.随气速增大,扩大段内气液相间化学反应速率提高,洗涤器出口处H2S浓度降低,洗涤效率增大,洗涤时间缩短.     

短接触旋流反应器混合腔内离散颗粒分布特性的模拟

应用DPM模型对新型催化裂化短接触旋流反应器内的颗粒分布特性进行数值模拟,主要考察混合腔内气、固两相速度与浓度分布的基本特征。模拟结果表明:1~30μm粒径颗粒受到重力场和旋流场的作用,在混合腔内沿气流方向旋转扩散,充满整个混合区域且逐渐螺旋下行;而50、70、100μm粒径的颗粒由于粒径相对较大,不易被气流夹带,在混合腔内的流动更为复杂,浓度分布的不均匀度增大。研究结果为新型反应器的设计和优化提供了重要理论依据。