Numerical Simulation on Gas-Solid Two-Phase Turbulent Flow in FCC Riser Reactors(Ⅱ) Numerical Simulation on the Gas-Solid Two-Phase Turbulent Flow

Numerical simulation on the flow,heat transfer and cracking reactions in commercial fluid catalyticcracking(FCC)riser reactors were carried out employing the developed turbulent gas-solid two-phase flow-reac-tion model for FCC riser reactors given in Part Ⅰ of the present paper.Detailed information about the turbulentflow fields in the riser reactor obtained revealed the basic characteristics of the gas-solid two-phase turbulentflows when heat transfer and catalytic cracking reactions were co-existing in the riser.Results showed that thedistributions of the flow,the turbulence kinetic energy and the catalyst particle concentration are not uniform inthe axial,radial and tangential directions.The most complicated part of the riser reactor is the feed injectingzone.The complicated configuration of the turbulent gas-solid two-phase flows would exert a great influence onthe results of interphase heat transfer and cracking reactions.     

新型喷腾旋风炉煤燃烧实验研究

喷腾旋风燃烧是一种基于正交强旋流动原理的新型高效清洁燃煤技术。本文在以前工作的基础上，对炉体结构进行改进，并在改进的模型炉中燃用５ｍｍ以下散煤，进行了燃烧实验研究。用Ｋ型（镍铬－镍铝）铠装热电偶测量了炉内温度分布，用ＣＯＳＡ６０００ＣＤ气体分析仪测量了污染物排放，探讨了底吹风与进煤量，底吹风与１次风、２次风的匹配关系，并进行了效率分析。实验结果表明，改进后的结构更有利于煤的火焰稳定和强化燃烧，可以在小型燃煤炉中实现高效低污染燃烧。研究结果为进一步探讨喷腾旋风燃煤技术的机理并把该技术应用于生产实践提供了技术依据。     

高炉氧煤燃烧器中煤粉燃烧过程的数值模拟

本文采用颗粒相连续介质－轨道模型对同轴射流渐扩式高炉氧煤燃烧器内煤粉燃烧过程进行了数值模拟。数值模拟结果表明，同轴射流渐扩式氧煤燃烧器在适当的射流速度比条件下，可在氧煤枪出口后方诱导出回流区及低速区，有利于延长煤粉在直吹管内的停留时间，改善煤粉在热风管中加热、挥发和挥发份的着火条件，改善氧气和煤粉的混合，提高煤粉燃烧区的氧气浓度。     

大功率氧煤燃烧器内冷态流场试验研究

研究热风管中不同结构的氧煤枪出口下游冷态两相流场。提出高炉炼铁大功率氧煤燃烧器新型结构。用流场显示，热球风速仪，三孔探针和取样探针给出其中时均速度场、回流区大小、位置及颗粒浓度分布。冷态试验结果表明：大口径同轴射流渐扩式大功率氧煤燃烧器在加强氧煤混合，增长煤粉停留时间，强化枪体冷却。延长使用寿命上会有好的效果。为实现提高大喷煤量气化率的热态试验和结构优选提供了依据。     

提升管反应器气固两相流动反应模型及数值模拟 Ⅲ.注终止剂技术的数值模拟

应用已经建立的催化裂化提升管反应器流动反应模型和对工业提升管反应器流动反应数值模拟的结果，对采用反应终止剂技术的提升管反应器进行了数值模拟研究。结果表明，催化裂化提升管反应器数值模拟可为反应终止剂技术的实施解决确定注入位置和选择终止剂两个问题；另外还能优化方案，提供指导性的先期理论分析数据。结果还表明，以水为终止剂优于汽油；设计的方案Ⅰ是最好的，即对馏分油催化裂化过程只是较大程度地降低提升管反应器上部的温度就会达到更理想的产品分布。     

提升管反应器气固两相流动反应模型与数值模拟 Ⅱ.工业提升管反应器气固两相流动反应的数值模拟

应用本文（Ⅰ）建立的提升管反应器气固两相流动反应模型，对工业催化裂化提升管反应器中流动、传热、裂化反应进行了系统的数值模拟，得到了提升管内部气固两相的流场、温度场、浓度场等详细的信息；揭示了提升管内部流动、传热与反应的基本性质与特点。模拟结果表明，在轴向、径向和圆周切线方向都存在着流动、传热与反应的不均匀分布；进料段是整个提升管反应器最复杂的部分，提升管出口处反应温度和气相组分浓度的模拟计算值和工业装置数据基本吻合。说明模型对工业提升管反应器内的流动、传热和反应都具有较好的预测性，这在一定程度上也验证了它的合理性和可靠性。     

Numerical Simulation on Gas-Solid Two-Phase Turbulent Flow in FCC Riser Reactors (II) Numerical Simulation on the Gas-Solid Two-Phase Turbulent Flow

Numerical simulation on the flow, heat transfer and cracking reactions in commercial fluid catalytic cracking(FCC)riser reactors were carried out employingthe developed turbulent gas-solid two-phase flow-reaction model for FCC riser reactors given in Part Ⅰ of thepresent paper.Detailed information about the turbulentflow fields in the riser reactor obtained revealed the basic characteristics of the gas-solid two-phase turbulent flows when heat transfer and catalytic cracking reactions were co-existing in the riser. Results showed that the distributions of the flow, the turbulence kinetic energy and the catalyst particle concentration arenot uniform in the axial, radial and tangential directions. The most complicated part of the riser reactor is the feed injecting zone. The complicated configuration of the turbulent gas-solid two-phase flows would exert a great influence on the results of interphase heat transfer and cracking reactions.     

催化裂化提升管反应器气液固3相流动反应的数值模拟Ⅲ.流动传热及反应的数值模拟

在对工业提升管反应器气液固３ 相系统的数值模拟,得到原料液雾流动与气化状况的基础上,获得了气固两相的速度场、温度场和浓度场的详细信息, 并与两相模型的相应结果进行了对比。模拟结果表明, 提升管下部是最复杂的部分,气固两相流场、湍动能以及催化剂颗粒浓度场在轴向、径向和圆周方向都存在着较大的梯度。气固两相温度分布在３ 个坐标方向上是非常不均匀的, 但两相温差除喷嘴附近外均较小,反应结果表现出类似的不均匀分布形态。出口处反应温度和气相各组分浓度的计算值与工业数据吻合较好,说明模型对工业催化裂化提升管反应器流动反应状况的良好预测性,也验证了本研究的合理性和可靠性。与两相模型的结果对比发现, 各物理量的空间分布形态基本一致, 但在进料区域因对进料的模化方法不同而有一定差异。由于３相模型较真实地体现了原料气化过程及其影响,且出口计算结果更接近工业数据,故其预测性、合理性和可靠性都优于气固两相流动模型。     

亚格子尺度湍流特性研究

采用大涡模拟方法模拟了雷诺数ReH=18,400的后台阶湍流流动,研究了亚格子尺度湍流动能和湍流耗散的特性。给出了后台阶湍流流动的流场结构以及亚格子湍动能和亚格子湍耗散的空间分布结果,比较了大涡模拟预报湍流粘性以及等效计算粘性。研究表明,亚格子尺度湍动能和亚格子湍耗散随着流动在空间的发展而呈现减弱趋势,回流区内亚格子湍动能和耗散较弱;在台阶截面(y/H=1处)亚格子湍动能和耗散最大。亚格子湍动能小于脉动动能统计量,亚格子粘性小于等效湍流模型粘性预报结果。     

湍流扩散燃烧多点δ-PDF模型

对常见的双δ－ＰＤＦ模型、截尾高斯ＰＤＦ模型和β函数ＰＤＦ模型比较分析的基础上,提出了一种新的用于湍流燃烧的多点δ－ＰＤＦ模型。研究和确定了多点δ－ＰＤＦ模型的概率分布形状和概率点的数目,并用不同特征的算例对多点δ－ＰＤＦ模型进行了验证。与截尾高斯ＰＤＦ模型的计算结果和实验结果比较,该模型的计算结果合理,同时它又有待定参数易于确定、计算量较小的特点。