对大型液-固两相搅拌槽事故停车及再启动过程的数值模拟研究

建立了一个工业氢氧化铝结晶搅拌槽的计算流体力学CFD模型,应用欧拉-欧拉多相流模型模拟了槽内颗粒的悬浮过程。针对实际生产中需考虑的停车事故设计,应用瞬态解算器和滑移网格法,在得到的稳态模拟结果基础上,模拟计算了停车0.5 h以及再启动过程中流场的发展变化过程,分析了流体速度分布、颗粒相分布以及搅拌功率变化过程。计算分析结果表明,事故停车之后槽内流体循环会逐渐消散,颗粒会逐渐在底部沉积。停车0.5 h后再启动约10 s搅拌功率会达到远高于搅拌电机额定功率的峰值,如不设计辅助搅拌装置则会导致电机损坏。文中提出的模型可以作为搅拌槽优化设计的有效仿真工具。     

基于Fluent的硫酸钾结晶器实验验证及优化设计

为优化硫酸钾结晶器结构以获得优质硫酸钾晶体,研究了硫酸钾结晶器在搅拌桨作用下的流场分布、流体动力学性能以及混合效率,建立结晶器三维模型,应用Standard k-ε湍流模型和欧拉多相流模型进行数值仿真,揭示结晶器内三维流动形态,研究内部流体流动规律,分析其流速分布,并应用PIV测试数据和混匀时间测定验证了三维湍流数值模拟结果的准确性,最后完成工业结晶器结构优化,将搅拌桨直径由70 cm增至90 cm,高度由100 cm降至67 cm,优化后混合效率和固相颗粒均匀性得到提升。     

多层新型桨搅拌槽内气-液两相流动的实验与数值模拟

对三层新型组合桨气-液两相搅拌槽内的流体流动进行了实验研究,并采用计算流体力学(CFD)的方法对气-液两相搅拌槽的通气搅拌功率、流场、局部气含率及总体气含率进行了数值模拟,数值模拟采用了欧拉-欧拉方法,数值模拟结果与实验值吻合良好,同时考察了通气流量和搅拌转速对通气搅拌功率和气含率的影响规律. 研究结果表明,欧拉-欧拉方法能较好地模拟搅拌槽内气-液两相流的流动状况.     

陶瓷干法造粒搅拌槽结构对粉体混合效果的影响

为探究圆柱形和双层正八边形陶瓷干法造粒搅拌槽对粉体混合效果的影响.采用欧拉-欧拉方法构建气-固两相流混合过程计算模型,简化搅拌槽模拟区域并通过有限体积法建立空气-粉体混合过程物理模型,利用CFD方法对两种搅拌槽内流场进行数值计算,分析粉体体积分布与速度场,对比搅拌槽结构对粉体混合效果的影响,同时通过实验分析颗粒级配与流动性.结果表明:当搅拌槽为圆柱形时,槽壁区域形成回转抛物面,底部两侧槽底出现搅拌死角,粉体堆积度为12％;当搅拌槽为双层正八边形时,槽壁与两侧槽底湍流强度高,无回转抛物面与搅拌死角,粉体堆积度为4％.实验测得两种结构搅拌槽内有效颗粒百分比分别为71％、84％,流动性指数分别为60.66、75.5,侧面验证了数值模拟的正确性.双层正八边形搅拌槽相对圆柱形搅拌槽可有效提高粉体混合效果.     

对二甲苯晶体悬浮特性模拟与遗传算法优化

为明确对二甲苯在结晶器内部悬浮结晶时的流动与悬浮特性,采用欧拉-欧拉多相流模型及多重参考系模型,模拟研究了对二甲苯悬浮结晶过程,并分析了晶体粒径与搅拌桨转速等操作参数对晶体悬浮流动特性的影响.结果表明:晶体在结晶器内部进行内循环流动,其体积分数自下而上逐渐递减并趋于稳定;晶体分布情况与其粒径大小有关,粒径越小,分布越均...     

半弧面斜叶桨的流体力学性能与氧传质特性

氧传质系数是气液搅拌反应器设计的关键参数,研究新型搅拌桨的氧传质性能对气液两相搅拌反应器的强化有着重要的意义。本文实验研究了气体分布器、搅拌转速、气量对氧传质系数、搅拌功耗及气含率的影响,结果表明,氧传质系数随搅拌转速和气量的增加而增加;并建立了氧传质系数与搅拌功耗和表观气速的经验公式,为进一步放大应用提供了基础。采用欧拉-欧拉多相流模型及群体平衡模型对半弧面新型斜叶桨进行了计算流体力学（CFD）数值模拟研究,模拟研究了不同结构、搅拌转速、气量下的流体力学性能和氧传质系数,模拟计算结果与实验值的相对偏差在20%以内;这为研究这一半弧面新型斜叶桨提供了一种可靠的数值模拟方法;优化了半弧面新型斜叶桨的结构,提高了搅拌釜的氧传质效率。     

气固颗粒系统模拟的研究进展

综述了气固颗粒系统模拟方法的发展状况。首先,从宏观、中观及直接数值模拟角度对基于欧拉-欧拉架构下的双流体模型、拉格朗日-欧拉架构下的离散气泡模型以及欧拉-拉格朗日架构下的计算流体力学和离散单元法耦合模型(CFD-DEM)及直接数值模拟方法就模型基本原理、计算量、预测精度以及应用前景等方面进行对比和分析。接着,针对工程应用前景较强的双流体模型和CFD-DEM模型进行了详细阐述,着重强调了欧拉架构下的模型植入过程,颗粒相的动力学过程和微观行为描述、两相耦合作用及相间耦合模型描述。基于欧拉-拉格朗日架构下的多相耦合模型的普适性,模型的应用已经从研究尺度的模拟逐渐走向工程尺度的模拟,成为今后研究多相颗粒系统的热点。     

补充风对水平管高压密相气力输送影响的模拟研究

针对水平管高压密相气力输送数理模型的缺陷与不足,引入Savage径向分布函数修正的颗粒动理学理论、基于Berzi摩擦压应力模型构建的摩擦应力模型以及修正的三段式曳力模型,在欧拉-欧拉方法的基础上建立了一个能同时兼顾水平管高压密相气力输送中稀相流、过渡流以及密相流输送特性的三维非稳态数理模型。并采用该数理模型考察了补充风对水平管高压密相气力输送的影响,模拟结果精准地预测了水平管压降及其随补充风的变化规律,而且其预测的水平管固相体积浓度分布与ECT图也是相吻合的,从而验证了数理模型的可靠性。模拟结果表明：随着补充风的增加,气固两相速度和湍动能以及颗粒拟温度增大,固相体积浓度减小。     

不同分布器对鼓泡塔气液两相流影响的CFD模拟

对不同分布器的鼓泡塔反应器内的气液两相流体动力学行为进行了三维瞬态数值模拟.模型采用欧拉-欧拉双流体模型以及RNG κ-ε湍流模型,研究了不同分布器设计对鼓泡塔反应器气液两相流的影响.模拟得到了鼓泡塔内整体气含率、液相速度矢量分布、时均气含率以及时均轴向液速的径向分布等结果,并对部分模拟结果与文献实验结果进行了比较,其结果吻合得较好,证实了随着分布器开孔越均匀则有利于加强流形的非对称性,从而加剧了气液两相径向混合,但对整体气含率的影响不大.     

基于能量最小多尺度曳力模型的搅拌槽内气液两相流计算液体力学模拟及实验研究

采用双电导探针和欧拉-欧拉双流体模型对涡轮桨搅拌槽内局部气液分散特性分别进行了实验和三维计算流体力学(CFD)数值模拟研究。重点研究了转速对搅拌槽上下循环区局部气含率分布、全槽液相流场和湍动动能的影响。实验表明,转速对上循环区气含率分布的影响大于下循环区,且上循环区气含率随转速的增大而增大。CFD模拟比较了TOMIYAMA曳力模型和基于能量最小多尺度理论(EMMS)的DBS-Local曳力模型对局部气含率的预测结果。结果显示DBS-Local曳力模型能够较好地预测出不同搅拌转速下搅拌槽循环区气含率径向分布;TOMIYAMA曳力模型只能定量预测出低搅拌转速下(140r/min,280r/min)循环区的气含率分布,高转速下(420r/min,560r/min)该曳力模型不能模拟出下循环区壁面附近的气体,且低估了上循环区气含率。     

用于Texaco气化炉同轴射流计算的不同湍流模型的比较

应用商业CFD软件Fluent,分别采用Spalart-Allmaras模型、标准k-ε模型、RNG k-ε模型、Realizable k-ε模型和RSM模型对气化炉同轴射流冷态实验台进行了数值模拟,并通过不同模型计算结果与实验结果的对比,讨论了各模型受网格质量、网格类型和边界条件的影响。通过对比发现,S-A模型和标准k-ε模型受网格质量影响最小,但准确性不高;RSM模型受网格影响较大;而RNG k-ε模型和R k-ε模型在网格划分合理的情况下,能够给出合理的结果。     

混凝土碱硅酸反应膨胀预测模型的研究进展

本文综述了混凝土碱硅酸反应(alkali-silica reaction, ASR)膨胀预测模型的研究现状,ASR对混凝土结构造成的损伤修复难度高,修复成本大,应对这类耐久性问题主要以预防为主,补救为辅,而精确的预测模型可以评估混凝土结构的实时状态,有助于抑制混凝土中的ASR。本文首先概述了混凝土ASR的过程和机理,然后详细介绍了ASR膨胀预测模型的研究现状。ASR建模过程中需要考虑反应物含量、温度、湿度、胶凝材料组成和骨料尺寸等多种因素的影响。ASR模型主要包括理论模型、结构模型(宏观模型)和材料模型(细观模型),理论模型主要用来描述ASR的化学机理和预测骨料的最劣粒径,但该模型只适用于特定类型的骨料;材料模型在材料层面上解释了受ASR影响的混凝土的劣化机理,却忽略了混凝土收缩和徐变等因素的影响;结构模型通常被用来模拟和预测混凝土结构在ASR下的力学行为,但未充分考虑碱硅酸膨胀的化学过程以及离子扩散对ASR膨胀的影响。     

基于层流边界层理论的单组分液体蒸发速率的预测

对单组分液体蒸发模型的研究进展进行了总结。根据层流边界层理论和分子扩散理论,建立了层流环境下单组分液体蒸发的数学模型,并进行了风洞蒸发实验。将实验结果同新建模型的预测结果以及常用蒸发模型的预测结果进行了对比分析。结果表明,新建模型的预测结果与实验结果的偏差为33.5%,预测精度仅次于M ackay&M atsugu模型、NIOH-1模型和SUBTEC模型。在较低风速内,随着风速的增加,新建模型的预测精度逐渐增加;随着蒸发液体挥发性能的减弱,新建模型的预测精度增加。     

含夹带剂超临界体系溶解度模型的改进及验证

通过对文献中关联精度较优的Sovova模型的研究,参考MST-T&G模型,考虑超临界二元和三元体系中溶解度的关系,提出了以超临界二元和三元体系中溶解度函数为构架的M-MST-T&G模型。收集文献报道中的杂环芳烃类、脂肪酸类、染料类以及医药类共计13种固体溶质在含醇、酮、烷烃3大类10种夹带剂的超临界二氧化碳中1195组溶解度数据,对新改进的M-MST-T&G模型的计算精度进行了验证,并与MST-T&G模型的计算精度进行了对比。结果表明：M-MST-T&G模型的关联效果较好,相对偏差为9.63%,与MST-T&G模型相比相对偏差下降了32.30%。     

提升管轴向流动和重油催化裂解反应过程数值模拟

基于欧拉-欧拉双流体模型,采用重油催化裂解的11集总模型,建立了实验室小型提升管重油催化裂解流动-反应的二维模型。比较了气-固两相冷态流场和有催化反应流场,以及二维流动反应模型和0.5维模型下的轴向产品分布。结果表明,冷态流场和有催化反应时流场轴向气固相速度和颗粒浓度都存在明显差异,说明一个完备的反应器模型必须充分考虑反应与流动、传递之间的相互影响;提升管内轴向非均匀性使得二维和0.5维模型下轴向重油转化率和产品收率分布存在明显差异,对于重油转化率,柴油和汽油产率,这种差异在提升管中下部更为显著,比较提升管出口产品组成发现,二维模型结果与实验结果吻合更好。     

活性污泥沉降速率模型的研究进展

活性污泥沉降速率是二沉池模型的核心内容,以固体通量理论为基础的沉降速率模型主要包括幂函数模型、指数模型、Cho模型、双指数模型和颗粒分类沉降模型。在二沉池模拟中,指数模型和双指数模型较为实用且应用较多。指数模型的参数估计可通过模型参数与SVI关联实现,而双指数模型的参数则需将批沉降试验与最优化技术相结合才能确定。对活性污泥沉降速率模型的进一步研究工作提出展望。     

Study of Dead-End Microfiltration Flux Variety Law,Part II: Choice of Favorable Model Parameter

The applicability of model predictive accuracy and the selection of suitable model parameters for the membrane flux prediction and prediction of the filtration characteristics of dead-end filtration systems were assessed. In determining the model predictive accuracy using model parameters, the selection of suitable model parameters is of great significance. A series of experiments were conducted. The relative deviations, average deviations, and root mean square between the experimental and predicted values were calculated to evaluate predictive accuracy. The results showed that the model parameter has changed nonlinearly with operating conditions. Particularly, in the membrane flux prediction model, the time-dependent character of the model parameter can result in a considerable error. However, model prediction accuracy can be improved indisputably and the model will get higher predictive accuracy than that of other predictive models if the constant membrane fouling index in the flux prediction model is either replaced by the average membrane fouling index or it takes a composite parameter with free combination of the initial membrane fouling index, meantime, minimum and the maximum of the model parameter. These results give us a possibility to see the panorama of the variation of the model parameters in different situations and an idea to establish the foundation for building mathematical models.     

Multiscale Modeling of Superheated Steam Drying of Particulate Materials

A multiscale model for predicting the superheated steam drying behavior of a packed bed filled with particulate porous material is presented. By using a reaction engineering approach (REA) a semi-empirical model is developed that can describe the heat and mass transfer between a single particle and the surrounding drying agent. By analogy between superheated steam drying and hot air drying, the relative activation energy of the REA model is formulated. Next, the single-particle drying model is fed into a continuum-scale model of a packed bed. The temperature and moisture content of the solid and the vapor temperature are successfully predicted by the bed-scale model. To endow the bed-scale model with predictive capabilities, simulation results are compared with experimental literature data.     

单元玻璃窑炉富氧燃烧空间的数值模拟研究

本文建立了单元玻璃窑炉富氧燃烧空间三维数学模型,其中气相流动模型由质量守恒定律、动量守恒定律、能量守恒定律和标准k-ε湍流模型组成,化学反应模型使用有限速率/涡耗散模型,辐射传热模型使用离散坐标模型.以年产2万吨玻璃纤维的熔窑为对象,利用Fluent软件对富氧燃烧空间内气体的流动状况和温度分布进行数值模拟.通过模拟结果与现场实测数据进行比较可以看出,该数学模型能够比较客观地反映单元玻璃窑炉富氧燃烧空间的温度场和速度场的分布规律.在此基础上,对喷枪的布置加以调整和改进后得到了更佳的模拟效果,还说明该数学模型对窑炉富氧燃烧在生产过程的研究和应用也有一定的指导作用.     

水质模型的研究与发展

水质数学模型的研究按照空间层次可以划分为一维、二维、三维模型和水系模型、模型系统。对国际上常用的水质模型及模型软件按空间层次分类进行了详细介绍,还介绍了水质模型研究的发展趋势。