两段式气流床煤气化炉内熔渣壁面沉积数值模拟

为了研究我国自主研发的两段式干煤粉气流床气化炉内熔渣壁面沉积规律,对该气化炉进行了三维数值模拟.在合理假设的基础上,建立了基于Eulerian-Lagrangian模拟方法的炉内湍流多相反应流动模型,采用Realizable k-ε模型计算炉内气相湍流流场,应用颗粒轨道模型随机追踪煤粉颗粒在湍流气流中的运动与壁面沉积过程.通过数值计算获得了炉内气相流场、煤粉颗粒运动轨迹及其浓度分布,以及熔渣颗粒在炉膛壁面上的沉积率分布,揭示了该炉型内熔渣颗粒壁面沉积特性,并分析了不同进料方式对熔渣壁面沉积的影响规律.结果表明:两喷嘴对置进料使得熔渣主要沉积在喷嘴高度处两喷嘴之间的壁面上;四喷嘴对置进料使得一段壁面熔渣沉积率高于两喷嘴进料时的熔渣沉积率,且沉积率在圆周上的分布更加均匀,有利于形成均匀渣层对壁面进行有效保护;四喷嘴切圆进料使得炉内几乎所有熔渣颗粒都沉积在炉膛壁面上,且停留时间较短.     

多喷嘴对置式煤气化炉内气固两相流动及壁面沉积

对我国具有自主知识产权的多喷嘴对置式煤气化炉内的气固两相流进行了数值模拟分析.在合理简化和假设基础上建立了基于Eulerian-Lagrangian模拟方法的炉内气固两相流动模型,采用Realizable k-ε模型描述炉内复杂气相湍流运动,应用颗粒轨道模型随机追踪煤粉颗粒在湍流气流中的运动.通过数值计算获得了炉内气固两相的速度矢量、颗粒分布、颗粒运动轨迹,以及颗粒碰撞并沉积于壁面的通量分布.揭示了该型气流床煤气化炉内气固两相流动特征,并分析了入口速度和炉体上部高度对气固两相流动和颗粒在壁面沉积的影响规律.结果表明:对撞流显著增强炉内气固流动湍动,强化气固相互作用,并使煤粉颗粒在炉内有效分散,有利于化学反应高效进行;在喷嘴入口及顶部的壁面处颗粒沉积率较大.     

Texaco气流床煤气化炉内气固两相流动的数值模拟

应用Eulerian-Lagrangian方法对国内某工厂实际运行的Texaco气流床煤气化炉内气固两相流动进行了模拟.采用Realizable k-ε模型计算炉内复杂气体湍流运动,应用颗粒轨道模型追踪煤粉颗粒在湍流气流中的运动轨迹.通过数值计算取得了炉内气相速度矢量、颗粒运动轨迹、颗粒碰撞壁面并沉积于壁面的沉积通量和颗粒在炉内的停留时间分布.揭示了该气化炉的气固两相流动特性,并分析了运行工况对壁面沉积通量分布的影响规律.结果表明:气化炉内的气体流场存在回流,回流延长了颗粒在气化炉内的停留时间,颗粒沉积通量最大的位置为筒体段下部和锥体段上部; 绝大部分颗粒在气化炉内的停留时间在5 s以内,气体流量降低时颗粒在炉内的停留时间减少.     

撞击流内液滴碰撞的后续发展行为

为了探索撞击流内液滴碰撞后续发展行为,建立了正确反映液滴碰撞及后续发展的冷态理论模型.利用所建模型模拟了同轴对置气液两相撞击流中液滴碰撞导致的融合聚并或二次雾化过程,进而对2个喷嘴之间液滴的粒径分布进行了研究,分析了进口液滴粒径、速度、黏度以及液滴碰撞角度等对撞击流中液滴粒径分布的影响规律.结果表明:进口液滴粒径越小、黏度越大,液滴发生碰撞后聚合的概率越大;进口液滴速度较小时,液滴发生碰撞后全部聚合,继续增大进口液滴的速度,液滴碰撞后二次雾化的概率增大;在相同条件下,液滴发生斜碰时二次雾化的概率比发生正碰时要大.     

转炉汽雾冷却喷嘴限制射流强化换热特性

构建专用试验设备,测定了转炉炉体汽雾冷却喷嘴在工作状态下的对流换热系数,得到适用于该型喷嘴在转炉炉体汽雾冷却条件下换热系数的经验公式.综合考虑雾化水射流流场特性、壁面热状态和几何条件等因素,研究了炉体汽雾冷却换热特性及其换热机制.结果表明:雾化水射流的冷却效能取决于能否在热壁表面形成连续的液膜,在工程实际中可通过调整多喷嘴配置来实现炉壳表面连续而基本均匀的液膜,以提高冷却功效;在炉体雾化水射流强化换热过程中,存在最佳射流中心面与热壁间距,在此距离附近的整体传热强化效果最佳;对于现有汽雾冷却系统,当炉壳与托圈内壁间隙为140 mm(即射流中心面与热壁距离为83.5 mm)时,其整体传热强化能力最强.     

MgO溶液混气式喷涂过程的数值模拟

基于欧拉多相流模型和颗粒动力学理论,对MgO溶液混气式喷涂气液两相耦合过程进行数值模拟,研究了辅助雾化压力和喷涂压力对气雾流场中MgO液相分布、液滴粒径分布及涂料沉积分布的影响。结果表明,在辅助雾化空气冲击作用下,涂料沿Z轴的扩散范围要大于沿X轴的扩散范围,并且同一喷涂压力下,辅助雾化压力越大,涂料雾化越充分;随着喷涂压力的增大,喷涂流场中MgO液滴粒径逐渐减小,但小粒径液滴在流场中易受气流影响发生逸散,成膜区大粒径液滴撞击壁面后会破碎成小液滴并附着在壁面形成涂膜;当喷涂压力从6 MPa增至12 MPa,涂层厚度减小39.7%,涂层有效覆盖面积增大26.9%,涂层沉积分布形态呈圆形→椭圆形→椭圆环形的变化趋势。     

离心泵内部盐析晶体颗粒分布特性

在两相混合模型的基础上,加载群体平衡模型,采用分组法对离心泵内部盐析两相流场进行数值模拟,得到了3种不同工况各尺寸盐析晶体颗粒的分布特性.预测了离心泵内液固两相流场中晶体颗粒的分布规律,与本项目前期试验结果总体趋势比较吻合,验证了群体平衡模型用于模拟伴有盐析现象两相流动的可行性.计算结果表明:叶片流道内,从压力面至吸力面颗粒平均粒径逐渐减小,流量增加,粒径较大颗粒向压力面聚集现象更加显著;涡室内颗粒平均粒径呈现的分布特征:主流区最小,内壁附近较大,离叶轮较远的壁面拐角处最大.此外,受相间传质及颗粒微观行为影响,不同粒径颗粒的组分数分布差异较大,从叶轮进口至出口,大粒径颗粒组分数逐渐增高,而中、小粒径颗粒的组分数分布趋势与之正好相反.     

FELUWA高压煤浆泵常见故障分析

兖州煤业榆林能化有限公司600 kt/a甲醇项目的煤气化装置选用美国德士古公司的水煤浆加压气化技术,采用激冷流程;配置3台3 200 mm(燃烧室)/3 800 mm(激冷室)气化炉,正常运行2开1备,气化压力6.5 MPa(表压),操作温度1 350~1 400℃。煤气化装置主要工艺流程:煤浆制备系统制得的质量分数为58%~65%的水     

临界CO2 传输中水合物对弯管冲蚀规律分析

管道输送超临界CO2过程中,受含汽量条件影响而形成的CO2固体水合物颗粒会对管壁造成冲蚀.研究水合物颗粒在不同条件下对弯管管壁的冲蚀规律对CO2的安全输送有重要意义.利用COMSOL Multiphysics软件分析超临界CO2输送管道的弯管段的固液两相流的流场规律,研究不同流速、不同粒径、不同弯曲角度下固体水合物对管壁的冲蚀规律.结果 表明,流动速度和粒子粒径的增加会使固体水合物对管壁的冲蚀更严重,使冲蚀区域的分布位置往弯管外侧管壁集中;弯管角度发生变化时,碰撞时粒子的入射方向与壁面的夹角发生改变,造成了冲蚀区域和程度的不同,直角弯管更易受到水合物粒子的冲蚀破坏.     

工业炉旋风预燃器煤粉颗粒运动轨迹Q

在预燃器冷态模型流场内,考虑气流曳引力、重力和Magnus旋转升力,建立颗粒的运动微分方程,并考察颗粒与壁面相互碰撞过程.采用龙格库塔法进行数值求解,得到了不同粒径的颗粒在4种流场工况中的运动和停留时间.经计算,还可得出以下结论.(1)颗粒的运动轨迹主要受气相流场分布、颗粒粒径和颗粒初始速度等因素的影响.(2)颗粒粒径较小时,可以忽略升力和重力的影响.但大颗粒与壁面碰撞后,必须连同考虑颗粒旋转及Magnus升力的作用.(3)选择合适的入口一二次风量比(Q2／Q1)和颗粒的初始速度,可延长颗粒在预燃器内的停留时间,能分离大于30μm的颗粒.该结果能为粉煤旋风预燃器的优化设计提供理论依据.     

含固体颗粒竖直弯管段塞流/乳沫状流冲蚀速率预测

气液混输管道中流体流动复杂,流体对管壁冲刷严重,管道中含有固体颗粒极大地加剧了管内介质对管壁的冲击,极易造成管道冲蚀破坏。为研究含固体颗粒管道在段塞流/乳沫状流下的冲蚀速率,提出一种基于段塞体颗粒分布的冲蚀计算方法,在Eulerian坐标系下求解气液混合相连续相流场,Lagrangian坐标系下求解颗粒离散相运动轨迹,利用Oka,et al冲蚀模型及Grant和Tabakoff颗粒-壁面碰撞模型计算管壁冲蚀速率。结果表明:提出的CFD冲蚀计算模型计算结果与实验值最接近,且与Chen等的简化计算方法相比,精确度有较大提高;竖直弯管段塞流/乳沫状流中的固体颗粒主要位于段塞体和液膜中,段塞体和液膜中的固体颗粒分布不均匀,段塞体中固体颗粒含量较多;固体颗粒在段塞体中的分布系数约为0.827。     

喷动流化床气固流动特性的三维数值模拟

采用离散元方法（DEM）,在用欧拉方法处理气相场的同时用拉格朗日方法处理离散颗粒场,对喷动流化床煤部分气化炉内的气固流动进行了三维数值模拟．直接跟踪床内每一个离散颗粒,考虑了碰撞力、携带力、重力、剪切提升力和Magnus升力,颗粒碰撞采用软球模型．获得了喷动流化床典型操作参数下的流动结构、颗粒的受力、颗粒的速度分布、气体和颗粒的湍流强度等结果．结果表明,颗粒之间碰撞率随着喷动气速的增大而增大,随粒径的增大而减小,然而颗粒与壁面的碰撞率受喷动气速和粒径的影响不明显．颗粒的运动受重力、携带力和碰撞力主导,除喷动区与环形区交界外,Magnus力和Saffman力可以忽略．气体湍流强度是颗粒湍流强度的2～3倍,近壁面区的气体和颗粒的湍流强度均较小．     

声波的多尺度分解与颗粒粒径分布的实验研究

利用颗粒运动碰撞壁面产生声波的机理以及多尺度小波分解方法,建立了Hou-Yang方程,揭示声波信号在各尺度的能量分率分布特征及粒径分布的定量关系.通过在φ为150 mm流化床冷模装置中,分别对多种聚乙烯颗粒体系进行流态化实验,确定了声波信号的小波分解的最优尺度数为7.并通过实验分析得到的单一j粒径与混合粒径的能量比λj、单一j粒径颗粒的特征谱图和混合粒径的能量谱图,实现了冷模装置和工业热态操作中流化床壁面局部区域的颗粒粒径分布的在线测量,其测量值与取样筛分分析值的平均偏差均小于15.8%.应用Hou-Yang方程还可及时预测床内颗粒粒径的异常分布,判断颗粒团聚的产生.     

井下干式滤筒除尘器的改进设计及气流均匀性分析

矿井下作业空间狭小、空气潮湿,作业面产尘量大且粒径小,尤其是呼吸性粉尘含量大,这对矿井粉尘治理技术的要求更高.将对喷流技术应用于井下小型干式滤筒除尘器前端,使得颗粒在进入除尘器腔体过滤前得到预处理,部分颗粒碰撞后团聚沉降,可以提高除尘效率且降低阻力;利用CFD数值计算方法对该除尘器腔体内部流场均匀性做数值分析,得出将对喷流技术应用于除尘器后其腔体内部流场稳定;对喷距离为400mm时,滤筒壁面上速度分布均匀.     

新型气溶性射流喷嘴设计与数值模拟

针对传统高压水射流清洗耗水量大,能耗和运营费用高、清洗后的废液需要处理才能达到环保要求的缺陷,提出了新型射流清洗方式—气溶性射流.对新型气溶性射流喷嘴进行了结构设计,得到了喷嘴混合室直径、喉部直径、出口直径、收缩段长度以及扩张段长度等关键参数,并对新型喷嘴内外气液二相流场进行了深入计算与分析.结果表明,气液二相流雾滴在喷嘴轴线上速率随气流入口压力增大而增大,在喷嘴喉部速率变化率最大,在喷嘴出口处速率达到最大;当扩散角为10°时,射流扩散较慢,内部扰动和摩擦损失较小;当收缩角为30°时,气液二相流流动性较好,能量损失较小;粒径较小雾滴沿轴线方向速率变化较大,当喷射距离为35mm时,气液二相流雾滴速率达到最大值.     

下降管内壁激冷水降膜流动特性

为了研究Texaco气化炉激冷室下降管内气液两相流动特性,在不考虑气液两相热质传递的条件下,采用数值方法探讨了激冷水流量、入口气体速度对下降管内壁降膜的流动特征、流型与断裂所产生的影响.结果表明,随着激冷水流量增大,下降管内壁降膜连续性越好,气体速度对降膜结构的影响相对较小.当激冷水流量保持不变的情况下,降膜入口速度对降膜连续性的影响比降膜入口厚度的影响显著,增加降膜入口速度对抑制降膜断裂具有更为重要的作用.     

基于EDEM-FLUENT耦合的滚筒冷渣机颗粒轴向扩散运动

基于欧拉-拉格朗日、离散单元法理论,利用EDEM-FLUENT耦合方法,考虑了气相对颗粒的相互作用,以及颗粒与颗粒之间的碰撞,对滚筒冷渣机六棱形冷渣管料床中灰渣颗粒轴向扩散进行了数值模拟分析,得出了灰渣颗粒在填充度25%,颗粒滚落状态下的动态休止角θd=29°,安装倾斜角3°工况下,轴向扩散运动随滚筒转速n(5 r/min ~ 10 r/min)、颗粒粒径d(1.5 mm ~ 3.5 mm)的变化规律。实验结果表明：当粒径一定时,轴向扩散系数随着转速n的增大而增大,相比5 r/min转速,10 r/min转速下颗粒轴向扩散系数增大了23.6%;当滚筒转速一定时,轴向扩散系数随着粒径的增大而增大。粒径d从1.5 mm增加到3 mm及3.5 mm时,轴向扩散系数分别增大了3倍和7.06倍。轴向扩散系数越大,颗粒轴向运动就越剧烈,滚筒出力越强,炉渣处理效率越高。     

稀土氯化物喷雾热解装置雾化效果的物理模拟

稀土氯化物雾化热解是稀土氧化物制备新工艺,但目前喷雾热解装备雾化效果差,雾化后液滴粒径分布不均匀.本文自行设计了文丘里管喷雾热解反应器,将粒子图像测速技术与MATLAB图像处理技术相结合,研究了气体流量、文丘里管和引流管几何尺寸等因素对雾化效果的影响.结果表明:文丘里管扩散段中较强的回流作用会加剧气液相间的混合碰撞,进一步破碎液滴;而过多的液相携带量容易导致雾滴密度变大,增大了液滴在运动过程中的碰撞几率,致使雾滴尺寸变大.文丘里管反应器适宜的几何尺寸和操作条件为:内径100mm,喉口内径10mm,引流管内径5mm,气相流量20.5m³/h.     

正向除渣器内部纤维浆料流场的数值模拟

基于FLUENT软件,采用雷诺应力模型(RSM)对正向除渣器中3%的纸浆悬浮液流场进行数值模拟,同时采用相间耦合的离散相模型计算浆渣颗粒的运动轨迹和分离效率。结果表明:正向除渣器内部流场具有小幅度的不对称性;从除渣器壁面到中心轴处的总压最大压降在4 500 Pa左右。根据不同截面上轴向速度的分布特征可以发现,正向除渣器内部纤维浆料流场主要由中心区域的内旋流和外围的外旋流所组成;粒径在0.02 mm时的重杂质和轻杂质的分离效率都维持在50%左右,粒径大于0.2 mm时的重杂质分离效率随着粒径的增大而提高,而轻杂质分离效率随粒径的增大而降低;在粒径接近1 mm时,相对密度大于或等于石子的浆渣颗粒的分离效率已达到100%。     

气泡雾化喷嘴下游流场的特性分析

用Fluent软件对气泡雾化喷嘴下游不同截面雾化液滴的平均直径和速度分布进行了模拟计算.分析了雾化粒径与喷嘴直径、气液质量比、气体压力和液体流率之间的关系,以及雾化粒径和流动速度随喷嘴距离(轴向和径向)的变化规律.结果表明,雾化粒径与喷嘴直径之间呈近似正比关系,与气液质量比之间呈近似反比关系,而与气体压力和液体流率之间则存在最优匹配问题.随着喷嘴距离的增大,雾化粒径增大,而流动速度减慢.