氯碱工业离子膜电解槽内气液两相流动特性

为验证数值模拟结果的正确性,建立了氯碱工业离子膜电解槽冷模实验装置,对电解槽内液体速度和气含率进行了实验测量,实验数据验证了模拟结果。利用实验和数值模拟方法对不同工况下气含率和气体体积分布进行了研究;对循环板上开口处膜侧瞬时压力进行了监测,分析了该处压力波动特性。结果表明,随着气液流量增大,电解槽内气含率增大,顶部气体滞留层增厚。当电流密度为10 k A×m~(-2)时,槽内气含率达到9.08%,为4.5 k A×m~(-2)时的近3倍。气体体积分数沿电解槽竖直方向逐渐增大,在膜与槽板夹角处最大。循环板上开口处膜侧压力信号波动明显,高频脉动主要由液体流动引起,低频脉动主要由气体流动引起。     

水平井内螺旋工具排液效果研究

气井积液问题对天然气采收率产生严重影响,为了解决水平气井的积液问题,设计了一种内螺旋工具.为了研究内螺旋工具在水平井中的排液效果,采用了数值模拟的方法研究了经过内螺旋工具作用后的气液两相的体积分数和压力的变化情况,然后结合室内实验验证了内螺旋工具的排液效果的实际情况.结果表明:加载内螺旋工具的气井积液现象明显改善,并产生较大的局部压降.离开工具段液体保持螺旋层流状态继续运动,提高了气体携液能力,离开工具后液相体积分数降低.气液两相流进入工具后的数模结果与室内评价实验结果能够反映实际的流动状态,并且内螺旋工具能够改变气液两相流流动状态,从而改善井底积液情况来达到排水采气的目的,且效果明显.研究结果对解决气井积液的问题提供了理论与实验基础.     

多级螺旋分离器结构优化设计与性能分析

为解决井下油水分离水力旋流器串接工艺较为复杂的问题,基于串联旋流分离原理提出一种新型多级螺旋分离器结构。利用响应曲面设计结合计算流体动力学方法,构建多级螺旋分离器参数与分离效率间的数学关系模型,得出最佳结构参数匹配方案,并针对最优结构模型系统地探究在一定范围内不同入口流量、油相体积分数及分流比对应的分离性能变化规律。开展室内分离性能实验,对数值模拟结果的准确性及优化结果的高效性进行验证。结果表明,优化后的结构可使分离效率由91.0%提高至96.2%。对比不同入口流量条件下的分离性能,得出最佳入口流量为2.5 m³/h;在一定范围内,随着油相体积分数及溢流分流比的增加,分离效率均呈先增大后减小趋势,其中模拟效率最高可达99.72%,实验效率可达97.70%,进一步验证了模拟结果的可靠性及优化结果的高效性。     

5000t/d回转窑窑尾电除尘器气流分布数值模拟研究

应用Fluent软件,对5000t/d水泥熟料窑窑尾电除尘器的气流分布进行了数值模拟研究。主要内容包括:不同工况下两台除尘器的进口气体体积流量分配;第一电场进口断面气流速度分布及灰斗内扰流情况。根据数值模拟结果,通过调整气流分布板形式,使进口断面气流分布得到改善并达到RSM标准的良好级别;在灰斗内设置灰斗挡风板,使灰斗内的扰流现象得到明显改善;同时计算出不同工况下两台除尘器进口气体体积流量偏差均小于10%。     

基于数值模拟的给水厂平流式沉淀池优化设计

应用FLUENT软件中的Mixture模型对某给水厂平流式沉淀池运行状况进行模拟。在沉淀池容积一定时改变沉淀池构造尺寸,得到不同工况沉淀去除效率并分析沉淀池尺寸变化对沉淀去除率影响,模拟结果表明池容积一定时沉淀池长宽变化对沉淀去除率影响较小,有效水深变化对沉淀去除率影响显著。应用MATLAB软件拟合出沉淀去除效率曲线、沉淀池费用曲线,构建较为合理的沉淀池优化设计模型,得出沉淀池最经济尺寸,在保证沉淀效率前提下实现年费用最小。     

组合导向浮阀塔板的CFD模拟及反向流分析

精馏塔板上的气液两相流动对传质效率有重要影响。根据实验数据拟合得到平均气含率关联式,将其加入动量源项,采用Fluent软件对1.2 m直径的组合导向浮阀塔板上的气液两相流动进行CFD模拟,考察了塔板上的气液两相流动状况。清液层高度的模拟结果与实验数据关联式相吻合,验证了模拟的正确性。对塔板上液相的非理想流动进行了分析,通过对反向流进行量化和统计计算出反向流体积分数(即反向流体积占塔板总体积的百分比)。3块不同浮阀排布塔板的反向流体积分数时均值的计算结果表明,梯形浮阀和矩形浮阀的排布方式对反向流影响很大,通过合理排布能够使工业塔板的反向流体积分数时均值从22.0%下降到19.4%,降幅达到11.8%。本研究结果可望对塔板的设计和优化提供指导。     

组合导向浮阀塔板的CFD模拟及反向流分析

精馏塔板上的气液两相流动对传质效率有重要影响。根据实验数据拟合得到平均气含率关联式,将其加入动量源项,采用Fluent软件对1.2 m直径的组合导向浮阀塔板上的气液两相流动进行CFD模拟,考察了塔板上的气液两相流动状况。清液层高度的模拟结果与实验数据关联式相吻合,验证了模拟的正确性。对塔板上液相的非理想流动进行了分析,通过对反向流进行量化和统计计算出反向流体积分数(即反向流体积占塔板总体积的百分比)。3块不同浮阀排布塔板的反向流体积分数时均值的计算结果表明,梯形浮阀和矩形浮阀的排布方式对反向流影响很大,通过合理排布能够使工业塔板的反向流体积分数时均值从22.0%下降到19.4%,降幅达到11.8%。本研究结果可望对塔板的设计和优化提供指导。     

基于湿法脱硫技术的钢渣脱硫剂性能研究

开发了以钢渣作为一种新型的脱硫剂,利用旋流板塔作为吸收器的湿法脱硫技术。实验研究了钢渣中的主要成分对脱硫效果的作用;讨论了液气体积比、吸收浆液的pH值、气体中SO2的进口体积分数等主要操作参数对脱硫效率的影响。实验结果表明,钢渣浆液质量分数为2%,进口气体温度为20℃,液气体积比大于4.85的条件下,脱硫率可达到85%以上,钢渣中的MgO,Fe2O3对于脱硫效果具有促进作用。因此,钢渣在旋流板塔湿法脱硫过程中,是一种有效的脱硫剂。     

电除尘器斜射流对粉尘颗粒沉降影响的数值模拟

电除尘器是火电厂中主要的除尘装置,运用多孔介质模型模拟气流分布板,通过调整气流分布板的开孔率,形成较好的斜射流,采用双流体模型中的混合模型对斜射流流型下的PM2.5进行数值模拟,并对比了斜射流和均匀气流两种流型下PM2.5的体积分数,得出斜射流可以提高电除尘器对PM2.5的除尘效率。     

反渗透新型阻垢剂阻垢性能的比对方法研究

本文以配制模拟浓水和实际水样的方法模拟反渗透装置运行工况来进行反渗透膜阻垢剂性能评价,研究对比PESA、PTP-0100、Titan、PTBCA这几种阻垢剂在不同投加量情况下的阻垢效率.实验结果表明采用此法具有快速简便的优点.     

天然气水合物提纯螺旋分离器性能数值模拟

针对海底浅层天然气水合物开采中产砂量大而造成管路堵塞、设备磨损的问题,基于固态流化开采方法,提出天然气水合物原位分离的思路,结合水合物混合浆体物性参数设计井下原位螺旋分离器,采用CFD-Fluent商业软件建立分析模型并进行模型正确性验证,考察了固相水合物体积浓度、固相砂体积浓度和入口流速对分离装置性能的影响。结果表明,研究范围内砂去除率和水合物回收率均约为80%,随水合物体积分数增大,砂去除率和水合物回收率变化非常小,分离器压降变化很小;随砂体积分数增大,砂去除率急剧降低,而水合物回收率急剧增加,压降急剧增大;随入口速度增加,砂去除率和水合物回收率不断增大,分离器压降不断增大。设计的螺旋分离器在水合物原位除砂提纯中性能优异,水合物饱和度对分离器性能影响不大,但粉砂浓度对分离器性能影响较明显,工程应用中需要重点考虑;入口速度对分离器分离性能起关键性作用,决定了分离器的处理能力,适当提高入口速度可一定程度提高分离器的分离效率。     

多源石墨固废制备电热板材配方试验研究

为了提高石墨固废利用率,本文以石墨开采废石为细骨料,添加球形石墨尾料以及不同质量分数的废石石粉进行电热板材配方试验,探究了石墨开采废石取代量、石粉掺量对电热板材性能的影响。结果表明：在100%(质量分数)使用石墨开采废石作为细骨料时,养护28 d的水泥板材抗折强度及抗压强度分别达到11.09 MPa和50.90 MPa,虽然略低于使用标准砂的水泥板材的强度指标,但是仍可满足相关要求,说明石墨开采废石可以作为细骨料使用;在废石石粉掺量为7%(质量分数)时,电热板材的抗折强度和抗压强度最高分别达到6.21 MPa和33.00 MPa,虽然强度有所降低,但是仍可满足低强度板材的要求;在球形石墨尾料掺量为9%(质量分数)时,电热板材体积电阻率为1.94Ω·m,发热温度为71℃,具有良好的电热效果。     

生活污水最佳污泥负荷确定研究

污泥负荷（ Ns）是指单位质量的活性污泥在单位时间内所去除的有机污染物的量,单位kgCOD/（ kgMLSS·d）。利用泰州市紫光水业污水处理厂初沉池出水和曝气池的活性污泥制作一定浓度的污泥混合液,并在0.1~0.3 kgCOD/（ kgMLSS·d）污泥负荷中选择5个实验点,改变停留时间进行好氧生化反应,分别测COD, TP, NH3-N, TN的去除率,讨论不同污泥负荷不同停留时间对污水处理效果的影响,综合考虑污泥沉降性能和去除污水COD和脱氮除磷的效果,确定最佳污泥负荷为0.20 kgCOD/（ kgMLSS·d）。     

污泥回流比对厌氧释磷效果的影响

为系统研究厌氧污泥回流比对生物除磷效果的影响,以实际生活污水作为研究水样,研究不同污泥回流比R在厌氧段对COD（化学需氧量）、N（氮）、P（磷）的去除效果;深入研究污泥回流比对生物强化除磷代谢过程的影响。结果表明,在厌氧环境中,污泥回流比对NH4＋-N（氨氮）的去除没有明显影响,但对硝态氮、TP（总磷）、COD的去除影响较大。最佳回流污泥比应控制在60%到80%左右,在这两个工况下,PAOs（聚磷菌）释磷量能达到24.13 mg/L,这样能使PAO在厌氧池有效地利用碳源,充分释磷,从而提高除磷效率,同时应控制最佳厌氧有效时间为2到3个小时,如果厌氧时间过长或者过短都对PAO释磷产生一定的负作用。     

螺旋升流式反应器系统较长泥龄时运行效果及其流态释因

结合螺旋升流式反应器（SUFR）的特性,通过对比试验分析SUFR系统在较长泥龄时（主要在32 d左右）营养物去除的工艺特点。试验结果表明,SUFR系统（θ_c=32 d）出水COD和TN分别小于40 mg·L^-1﹑10 mg·L^-1,SUFR系统（θ_c=32 d）除磷率随着泥龄的延长有一定的下降,但出水TP一直稳定在1 mg·L^-1内, SUFR系统（θ_c=32 d）的SOUR值为10～18 mg·g^-1·h^-1。流态模拟结果表明,SUFR系统中单元反应器的推流流态容积利用率为63%。这说明SUFR系统反应器以活塞流为主要特征的流态特性有助于减轻较长泥龄对污水处理的负影响。该系统具有更宽的泥龄适宜范围。     

Effects of Operational Variables on Nitrogen Removal Performances and Its Control in a Pre‐Denitrification Plant

The aim of this work is to study the effects of six operational variables, i.e., dissolved oxygen (DO), nitrate recirculation flow, sludge recycle flow, sludge wastage flow, external carbon dosage, and anoxic volume fraction, on the performance of nitrogen removal and its control in a pre‐denitrification plant. The results obtained show that the six operational variables have a significant influence on nitrogen removal in such a system, while the utilization of the control strategies can improve the situation to a significant extent. The control of DO concentration should be correlated with the influent ammonia load, the effluent requirement and nitrification type. The anoxic effluent nitrate concentration should be controlled at ca. 2 mg/L or the ORP value at the end of the anoxic zone should be controlled at ca. –90 mV. The control of the sludge recycling flow by online monitoring of the sludge blanket height (SBH), is an alternative to the conventional control of the constant sludge recycle flow. It may be possible to achieve the automatic control of sludge wastage flow by online measuring of the ammonia concentration and the nitrification capacity of the sludge. The recirculation of nitrate and external carbon dosage should be simultaneously controlled to optimize nitrogen removal. The anoxic volume fraction should also be optimized, to ensure a good balance between nitrification and denitrification.     

基于VOF-DPM的气体辅助式污泥雾化破碎的数值模拟

为实现污泥雾化破碎的数值模拟,探究污泥雾化特征和操作参数对污泥雾化效果的影响,在污泥雾化试验平台试验的基础上基于Fluent软件对污泥在气体辅助式雾化器的雾化破碎进行模拟研究,模拟结果确定了污泥的雾化特征和最优操作参数。通过耦合流体体积法(VOF)与离散相模型(DPM),对较大的液体团采用VOF方法直接求解,对小液滴采用双向耦合的离散相模型进行追踪,能最大程度地提高计算的准确性。结果表明,污泥的密度和黏度随着含水率升高逐渐降低,气体速度、气液比和雾化角度是影响污泥雾化破碎的最重要的三个操作参数。在雾化过程中,中心区域的雾滴密度大于边缘区域且有少量大颗粒的聚集。对于含水率为87%、密度为1.065×103 kg/m3的污泥,在风速为180 m/s,气液比为126.3,雾化角度为55°时雾化效果最佳,雾滴颗粒的平均粒径约为0.193 mm,试验结果与模拟结果的颗粒粒径吻合度较好,最大相对误差为5.80%。     

PVA生物处理印染废水的工艺研究

采用PVA生物处理工艺处理某印染废水,研究了PVA生物处理工艺的启动过程,考察了印染废水的处理效果和污泥减量效果．初步探讨了该工艺高效处理污染物的原因。试验结果表明：启动22d后PVA工艺的容积负荷可达到并稳定在1．0kg[CODCr]／（m3·d）,CODCr去除率稳定在90％以上,经过60d的运行,PVA工艺的容积负荷提高至2．2kg[CODCr]／（m3·d）,废水CODCr的质量浓度降到200mg／L以下,色度降至40倍以下,运行过程中此工艺的污泥产率为0．083kg[MLSS]／kg[CODCr],具有良好的污泥减量效果。PVA小球表面和内部微孔富集大量的微生物．这是此工艺能够高负荷运行的根本原因。     

基于Aspen Plus的Shell气流床工业气化炉模拟

基于Aspen Plus软件的Gibbs自由能最小化法,本文建立了煤粉在Shell气流床中的气化模型。该模型预测气化温度和煤气组成,与文献试验结果吻合良好。利用Aspen Plus的灵敏度分析模块研究了氧煤比、氧气体积分数和氧气预热温度对气化结果的影响,并进行了正交模拟计算,研究了以上3种因素共同作用的结果。结果表明：氧煤比增加使碳转化率升高,冷煤气效率先升高后降低,并在氧煤比为0.9kg/kg时取得最大值77.72%;氧气体积分数增加使煤气热值、碳转化率和冷煤气效率升高,氧煤比为0.8kg/kg且氧气体积分数为50%时,冷煤气效率可达82.6%;氧气预热温度增加使碳转化率、冷煤气效率升高,氧煤比为0.8kg/kg且氧气预热温度为600℃时,冷煤气效率可达82%。通过正交模拟计算综合分析,氧煤比对冷煤气效率和碳转化率的影响作用占首位,氧气体积分数对煤气热值、有效气体积分数、煤气产率的影响作用占首位,氧气预热温度对煤气化指标影响较小。在实验范围内,当氧煤比0.8kg/kg、氧气体积分数100%、氧气预热温度300℃时的煤气热值达到最大值3011kcal/m³;当氧煤比为0.8kg/kg、氧气体积分数60%~100%、氧气预热温度300~500℃时的冷煤气效率达到最大值83.46%。     

Experimental investigation and numerical simulation of Marangoni effect induced by mass transfer during drop formation

Marangoni effect induced by interphase mass transfer plays an important role in liquid–liquid extraction and reaction processes. The interaction of Marangoni effect and interphase mass transfer during drop formation at different injection rates and different initial solute concentrations was investigated by experimental and numerical simulation. The extraction fraction was measured and the corresponding correlation was proposed. The level‐set method coupled with mass‐transfer equation is for the first time used to simulate the mass‐transfer induced Marangoni effect during drop formation. The simulated drop volume, shape, and extraction fraction are in good accordance with experimental data. Through the numerical simulation, it is found that the mass transfer in the first mass‐transfer period is the most efficient during drop formation when Marangoni convection occurs. © 2013 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 59: 4424–4439, 2013