微膨胀床反应器内气液分布设备性能数值模拟

用VOF数值模型方法,对适用于上流式微膨胀床反应器内的气液分布设备进行了数值模拟研究,并与实验结果进行了对比。考察了气液分布设备对气液两相的分布作用,包括分布器内的动态流动特征和流动形态。同时考察了气泡的大小、上升速度、压力降随着表观气液速的变化规律。结果表明：(1)选用VOF数学模型,可以清晰准确的模拟出气液分布器的动态流动特性和气液分界面,可以指导气液分布器的优化设计;(2)气泡的上升速度随着表观气速和表观液速的增大而增大;气液分布器出口气泡的直径随着表观气速的增大而增大,随着表观液速的增大而减小;截面平均气含率随着表观气速的增大而增大,随着表观液速的增大而减小;气液分布器的压降则随着表观气速的增大而减小,随着表观液速的增加而增大;(3)相对于表观液速的变化,气液分布器对表观气速的变化敏感度更高,表观气速更影响分布器的工作负荷。     

基于电阻层析成像技术的气升式内循环鼓泡反应器流体力学研究

采用电阻层析成像(ERT)技术,对高为1 024 mm、直径为165 mm,导流筒高为590 mm、直径为80 mm的气升式内循环反应器进行流体力学参数的测量。考察表观气速对上升区和下降区内等3个截面处气含率的影响以及反应器内流型的变化情况。研究结果表明:在上升区,气含率随表观气速的变化与普通鼓泡塔情况一样,而在下降区,一部分气泡由于气液湍动被带入下降区;随着表观气速的增加,液体的循环速度逐渐增大,更多的气泡被拖曳到下降区,下降区内气含率增加明显。通过对ERT图像时间序列的叠加,可以清晰得出在上升区低气速下气泡离散式上升,随着表观气速的增加,以气泡群的方式流动且气泡聚并明显,并出现气泡群的摆动;在下降区,随着液体循环速度增加,下降区气液层消失,气含率逐渐增大。     

氧热法电石合成淤浆鼓泡床反应器的流动特性

针对氧热法电石合成的电石吸热反应和炭燃烧放热耦合特点,本文设计并研究了适用该过程的三相淤浆鼓泡床反应器。采用空气-水-氯化聚氯乙烯（CPVC）模拟物系,实测了不同表观气速、固体颗粒进料量和静液高度下淤浆鼓泡床床层中局部平均气含率、固含率轴向分布和大、小两类气泡的分布。结果表明表观气速越大,局部平均气含率越大;固体颗粒的加入减小了床层局部平均气含率。当Ug在0.136~0.196m/s之间时,固含率轴向分布随表观气速增大趋于均匀;固体颗粒进料量越小则固含率沿轴向分布越均匀。随着表观气速的增加,小气泡含量逐渐增加,大气泡含量逐渐减小;随着静液高度的增加,大气泡含量均是先增大后减小。上述结果表明电石生成反应与燃烧供热反应原位耦合于淤浆鼓泡床中是可行的。     

三级碳化反应器中的气泡行为研究

针对“钙化碳化法”处理低品位铝土矿及赤泥新方法的核心环节碳化过程,为实现碳化反应器内气泡微细化及均匀分布,提高碳化效率,提出了“三级错流文丘里式射流反应器”,并进行了冷态物理模拟研究,考察了反应器内的局部气含率和气泡上升速度.结果表明,气含率随表观气速的增大而增大,随表观液速的增大而减小,沿反应器轴向逐渐降低,后一级反应器的气含率大于前一级;气泡上升速度随表观气速和表观液速的增大而增大,沿反应器轴向逐渐降低,后一级反应器的气泡上升速度大于前一级,该结果为碳化反应器的设计和工业应用提供了依据.     

悬浮床渣油加氢中型连续装置反应器中气含率的冷模实验

在辽河减压渣油悬浮床加氢中型连续装置工艺试验的基础上 ,采用气、液替代物及参数换算的方法对中试反应器中的流动形态进行了冷态模拟 ,测定了反应器中的气含率 ,考察了反应器操作条件、反应器入口分布器类型及原料物性等因素对气含率的影响。实验结果表明 ,反应器入口分布器类型对气含率的影响较为显著 ,随着反应器入口分布器孔径的增大 ,气含率呈下降趋势。在体积空速为 0 5～ 2 0h-1及氢油体积比为 5 0 0～ 10 0 0的操作条件下 ,气含率随着反应器中表观气速的增大而增加 ,两者呈幂函数关系。表观液速对气含率的影响很小 ,基本可以忽略。液相粘度对气含率的影响与分布器类型密切相关。当使用单孔和筛孔分布器时 ,气含率随液相粘度的增大而减小 ;当使用烧结分布器时 ,气含率随液相粘度的增大而增加     

结构化反应器床层中两相流动特性实验研究

以空气-水为介质,分别以喷嘴和填充直径1mm玻璃珠的30cm高的床层为分布器,在表观液速为0.0522～0.1306m/s,表观气速为0.0739～0.5171m/s,气液并流向下的操作条件下,测定了0.1m直径塔中,孔径分别为1.1和2.1mm的2种结构化催化剂床层中的总压降和液含率等流动参数。结果表明,床层总压降随着表观气速、表观液速的增大均增大。液含率随着表观气速的增大而减少,随着表观液速的增大而增大。通过对2种分布器的比较可以发现,相同条件下,以喷嘴为分布器的床层总压降和液含率比以玻璃珠为分布器的床层总压降和液含率小。比较2种床层可知,相同条件下,结构化催化剂的孔径越小,其床层总压降与液含率越大。此外,建立了能较好预测两相摩擦因子以及液含率的经验关联式,偏差在±15%以内。     

悬浮床渣油加氢中型连续装置反应器中气含率的冷模实验

在辽河减压渣油悬浮床加氢中型连续装置工艺实验的基础上,采用气,液替代物及参数换算的方法对中试反应器中的流动形态进行了冷态模拟,测定了反应器中的气含率,考虑了反应器操作条件,反应器人口分布器类型及原料物性等因素对气含率的影响,实验结果表明,反应器人口分布器类型驿气含率的影响较为显著,随着瓜在器入口分布器孔径的增大,气含率呈下降趋势,在体积空速为0．5－2.0h^-1及氢油体积分比为500－1000的操作条件下,气含率随着反应器中表现气速的增大而增加,两者呈幂函数关系,表观液速对气含率的影响很小,基本可以忽略,液相粘度对气含率的影响与分布器类型密切相关,当使用单孔和筛孔分布器时,气含率随液相粘度的增大而减小,当使用烧结分布器时,气含率随液相粘度的增大而增加。     

CFD优化大型浅层鼓泡塔管式气体分布器结构

分布器结构影响大型浅层鼓泡塔反应器性能,采用CFD模拟研究了5种四管气体分布器,各分布器的通气管均匀布置在不同的分布环上（0.3/0.4/0.5/0.6/0.7＊DT）,模拟采用了双流体方法和多气泡簇MUSIG模型。文中较全面的考察了高表观气速下（Ug=0.1m/s）管式分布器分布环直径对反应器流型、相含率、液速、湍b流、气泡大小以及混合时间的影响;模拟结果表明整体气含率和混合时间均随环径比先增大后减小,气含率的最佳环径比在0.4左右,而混合时间最大值出现在0.5d/DT附近,当环径比小于时0.5,鼓泡塔内为单循环流动,大于此值,鼓泡塔内将形成双循环流动,不利于混合。     

淤浆床二甲醚合成反应器气含率

在淤浆床反应器中,考察了表观气速、催化剂同含率、液体种类对气含率的影响。结果表明：气含率随着表观气速的增加而增加。在空气-水体系中的气含率略大于空气-医用液体石蜡油-催化剂体系的气含率。并推测了经验气含率关联式。     

加压溶气气浮气含率分布与气泡聚并规律研究

加压溶气气浮技术是污水除油中常用的高效工艺,气泡的大小和分布对除油效率的影响至关重要。本文基于相群平衡模型,对溶气气浮器内两相流动及气泡聚并进行数值模拟,并进行实验研究加以验证,建立了气浮器接触区模型,研究了气泡聚并及气含率分布规律,分析了释放头不同气液比和接触区高度对气含率分布和气泡聚并情况的影响。结果表明,接触区气含率随气液比增大而升高,随接触区高度的增加而降低,气泡在上浮过程中会发生聚并使得气泡变大,稳定性变差,同时加快上浮速度,会影响接触区的气含率分布。通过微观模拟发现大粒径微气泡在上浮过程中更容易发生聚并,小粒径微气泡则由于表面张力作用稳定性更强,不易发生变形和聚并。研究结果为溶气气浮气液比的选择和浮选过程气含率和气泡分布的研究提供参考。     

气泡羽流的数值模拟

提出了一个预报圆形气泡羽流特性的k－ε－E湍流模型。对静止环境中的圆形气泡羽流流场进行数值模拟,得出了气泡羽流的流速场和浓度场。预报结果表明,气泡羽流的流速及气泡浓度在横断面上的分布为高斯型曲线分布,模拟结果与实测资料对比两者吻合较好。     

液态锂铅合金鼓泡器的气泡行为数值模拟

 液态金属包层的氚燃料循环是实现聚变堆、聚变-裂变混合堆正常运行的核心技术之一。氚燃料循环系统由氚净化、氚提取、氚储存、氚测量、氦/水冷却、氚回收等子系统构成,而液态金属鼓泡器位于包层主回路与氚提取系统之间,具有氚在线监测与氚去除的重要功能,是不可缺少的关键部件。由于氢同位素在液态锂铅中的极低溶解度和液态合金的高温、活泼、物理等特性,鼓泡器的研制十分困难。为完成液态锂铅合金鼓泡器（LLLB）的设计与建造,采用流体力学方法建立了描述气泡直径与粒度分布、气含率特征等动力学行为的代数模型。数值模拟结果表明,床层气含率和稳定气泡粒度分布均不受喷嘴孔径的影响;低气速下气泡破碎远快于气泡的聚并,绝大部分初始气泡直径大于最大稳定直径,其破碎后的直径取决于最大稳定气泡直径的大小;气泡比表面积和传质表面积增大的主要因素是气泡直径分布的变化。     

氧气底吹造锍过程中气泡行为的水模实验

通过底吹炼铜转炉水模型实验,研究底吹造锍转炉中喷嘴数量、喷嘴角度、喷嘴直径、气流速度等因素对转炉熔池气泡大小、气含率及液面喷溅的影响规律.结果表明:喷嘴直径的增大不利于气泡微细化,且加剧了液面喷溅现象;喷嘴角度的增大有利于减小喷溅,但气含率下降;气流速度的增大有利于气泡微细化,显著提高气含率,但喷溅比较剧烈.与单喷嘴喷吹相比,在总喷气量相同的条件下,双喷嘴喷吹具有明显的优势,两种方法的气泡微细化程度差别不大,但是双喷嘴的喷溅情况明显减弱;双喷嘴夹角44°时能获得最大的气含率,约为9%.     

鼓泡塔内气含率分布与流场的CFD模拟

采用CFD商业软件对单层分布器、双层分布器和带导流筒3种结构鼓泡塔内气液分散性能进行数值模拟。研究结果表明,随着通气量的增加,鼓泡塔内气含率增高,但其分布的均匀性变差。鼓泡塔内存在过渡流域和充分发展流域,在过渡流域,塔内水平截面平均气含率随轴向高度而增加,在充分发展流域,塔内水平截面平均气含率不随轴向高度变化,2种流域的分界线位置和鼓泡塔的结构有关,而几乎不受通气量大小的影响。在相同通气量下,双层分布器和带导流筒鼓泡塔内平均气含率比单层分布器鼓泡塔低,但双层分布器相对单层分布器鼓泡塔可改善在耗氧反应体系中氧气分布的均匀性,采用带导流筒鼓泡塔可改善液体在塔内循环,使气-液反应在塔内更加均匀。     

垂直及倾斜环形管内上升气液泡状流存在条件

对垂直环形管内上升气液两相泡状流存在条件进行了研究 .根据Taitel的气泡结合及积聚理论及小气泡群的实际上升速度 ,将小气泡和Taylor气泡上升速度与截面含气率进行关联 ,并采用Das的预测垂直环形管内Taylor气泡上升速度的关系式 ,获得了一种改进的泡状流区存在模型 .通过该实验数据及其他研究者实验数据的比较 ,表明该改进模型比Caetano模型更加符合实际 .通过上述类似方法 ,笔者还给出了倾斜环形管内泡状流的存在模型 .     

气升式外环流反应器结构特性对传质的影响

研究了气升式外环流反应器（EALR）结构特性（高径比、喷嘴结构、喷嘴位置、两管中心距）对气含率、液体体积传质系数的影响。得出了反应器的较优结构尺寸。在冷模试验优选出确定结构的EALR中进行了苏云金杜菌的发酵实验,与传统的机械搅拌罐相比,苏云金杆菌的发酵周期可缩短9h左右,发酵水平可提高35%。     

环形与圆形喷管水下气泡生成的实验对比研究

对环形喷管与圆形喷管水下气泡生成进行了实验对比研究.利用自行设计建设的水下气体射流实验系统,结合高速摄影仪图像记录及图像处理,比较分析了两种喷管气泡生成的异同.研究表明:对于圆形喷管,其气泡生成随气体流量增加依次呈现单周期、双周期和三周期特性;而环形喷管,在初始低流量时,气体在环形喷管出口截面呈随机无规则喷发,一旦形成稳定环形气泡则直接进入三周期区制;两种喷管在后续气泡断裂时整体气泡顶部上浮高度也不同;3类气泡所受各种力处于动态变化之中,且3类气泡所受主要控制力不同.      

振动筛板鼓泡塔中气含率的研究

在一小型振动筛板鼓泡塔中进行了气含率的测量。连续相为水，分散相为空气，考察了液相粘度和表面张力等物理性质及气液相表观流速、振动频率和振幅等操作因素对气含率的影响，获得了气含率的无因次关联式。