利用高炉出铁重力势能的旋流反应器冶金特性

从高炉出铁口中射出的铁水具有一定的初动能,且出铁沟有一定的坡度.本项目提出了一种利用高炉出铁沟重力势能脱硫的新型冶金反应器.基于湍流模型与多相流模型的耦合,应用液面追踪技术,实现了对冶金重力势能反应器内流体流动及液面波动行为的模拟计算,并用水模拟结果进行了对比验证.从分析的结果来看,铁水在反应器内能够形成良好的旋流效果.实验所得的RTD曲线与计算所得的结果吻合较好.碗型反应器的旋流效果最好,能够产生高强度稳定的旋流.     

操作参数对催化裂解旋流反应器流动梯度场的影响

为揭示旋流反应器内生物质热解气与催化剂的混合流动状态,加速生物质热解气的催化裂解,利用本实验室自制的生物质催化裂解旋流反应器,采用k-ε模型与Eulerian双流体模型进行模拟分析,研究了入口气速和催化剂粒径对反应器内的固相体积分数、压力、速度的影响规律,并进行了实验验证。结果表明:速度变量下,轴向气相速度的改变对于反应器内的体积分数分布影响较小,而切向气相速度的影响较大。接触主反应区内,催化剂粒径为10μm左右时,混合程度最优;在反应分离耦合区内,颗粒粒径改变对分离效果无显著影响。4种催化剂粒径工况下,粒径10μm状态更有利于气固两相的分离;入口速度改变时,较大的切向入口速度可导致气体流量增大,有利于反应器内的气固流动,提升气固分离效果。     

煤矿瓦斯旋流混合器定工况下混合均匀性研究

利用简化的数学模型对给定工况下煤矿瓦斯旋流混合器的混合均匀性进行了研究,主要研究旋流方式和旋流强度对乏风瓦斯出口速度和体积分数分布均匀性的影响. 研究结果表明:在外管气体的流量和转动惯量明显大于内管的工况下,外管的旋流对出口的速度场起到主导作用,使出口乏风瓦斯的速度分布均匀性降低;内管的旋流建立了径向和轴向的反压力梯度,产生了中心回流区,增强了内、外管流体动量和质量的交换,使出口的体积分数分布均匀性明显提高;随着旋流强度的提高,外管具有旋流的旋流方式的出口速度分布均匀性变差,而内管具有旋流的旋流方式的回流区掺混强度增大,有利于乏风瓦斯体积分数混合均匀性的提高.      

管壳型固定床费托合成反应器的数学模拟

根据集总思想,利用蛋壳型钴基催化剂动力学方程,建立了管壳型固定床费托合成反应器的一维拟均相数学模型。对合成油试验装置进行工况模拟,得到的管壳型固定床反应器催化床层中的温度分布、CO转化率、出口组成、C5+的质量分数和时空产率的模型计算值与试验值吻合良好。讨论了反应器进口温度、操作压力、气体体积空速和沸腾水温度对反应结果的影响,结果表明:提高反应器进口温度、沸腾水温度、操作压力使催化床层温度升高,CO转化率升高,C5+的质量分数降低和C5+的时空收率增大;增大气体体积空速使催化床层温度降低,CO转化率降低,C5+的质量分数升高和C5+的时空收率增大。     

底吹氩气和旋转磁场复合作用对两相流动行为影响

提出利用旋转磁场作用于底吹氩气钢包冶金反应器的方法,建立了底吹氩气和旋转磁场作用下钢包冶金反应器内两相流动行为的数学模型,分析了改变吹气位置和磁场强度等参数对气泡运动行为的影响.结果表明:无旋流时,不断上升的气泡形成"倒锥形"的气柱.在旋转磁场和底吹气共同作用时,上升的气泡形成了"螺旋状气柱",这和试验结果相吻合.当吹气位置离中心的距离和磁场强度增大时,气泡在反应器内运动的路程分别呈线性和指数形式增加.     

内置螺旋转子管式光生物反应器的流动特性数值模拟

提出了在管式光生物反应器（T-PBR）内置螺旋转子以优化其性能的方法。采用两相流模型模拟其流动特性,对内置两叶片螺旋转子、内置低流阻螺旋转子与无内置螺旋转子在旋流数、液相体积传质系数、截面速度云图、液体速度分量及气体速度分量等方面进行模拟比较。结果表明,内置螺旋转子可以增强管内旋流流动,提升气液两相间的传质效率,改善T-PBR的混合性能。最后比较了不同导程两叶片螺旋转子对T-PBR混合-传质性能的影响。     

进料体积分数对旋流分离柱分离性能的影响

基于数值试验系统考察了进料体积分数对旋流分离柱分离性能及颗粒运动行为的影响.结果表明,随着进料体积分数的增加,各粒级在底流中的分配率降低,分离粒度增加,底流夹细现象减弱,但过高的进料体积分数则导致溢流跑粗现象.高的进料体积分数意味着旋流分离柱内颗粒聚集程度增加,随内旋流运动的颗粒量增加.在Z=-400mm平面,颗粒轴向速度随着进料体积分数的增加而增大,向底流口运动的颗粒所需要穿过的内旋流区域增大,粗颗粒被内旋流裹挟的可能性增加.随着进料体积分数的增加颗粒切向速度降低,导致颗粒受到的离心力减小,向内迁移的可能性增大,进一步增加了颗粒在内旋流区域的聚集.     

农业生物质在超临界水中气化制氢的实验研究

以农业生物质(包括玉米秸秆、玉米芯、麦秸、稻草、稻壳、花生壳、高粱秆)为原料，羧甲基纤维素钠为添加剂，利用连续管流反应器，在反应器壁温为650℃、压力为25MPa的条件下进行了生物质气化制氢实验研究．讨论了运行时间、生物质类型、颗粒大小、反应器壁面状况等因素对气化结果的影响．实验结果表明：农业生物质在超临界水中气化生成以氢气、二氧化碳、一氧化碳、甲烷以及少量的乙烷和乙烯为主要成分的气体；气化周期内大约经过100min气体产物组成以及产量趋于稳定；在相同的实验条件下不同生物质气化得到了相似的气体组分，气体产物中一氧化碳体积分数大约为1％，甲烷体积分数超过10％，氢气的体积分数最高可以达41．28％；小颗粒的生物质气化能生成更多的氢气；反应器壁面对生物质气化有明显的催化作用．     

煤的水蒸气等离子体气化初步研究

煤的水蒸气等离子体气化技术是一种生产合成气的洁净煤技术,具有潜在的应用前景,其技术核心部分是电弧等离子体反应器．以水蒸气为气化介质、空气为输送介质,对煤在电弧等离子体中的气化行为进行了研究;所用等离子体反应器由石墨管阳极和石墨棒阴极构成;反应器内的等离子体通过外置线圈产生的磁场进行约束和控制．结果表明：合成气中有效气体(H2 CO)的体积分数随着磁场线圈电流的增大或者等离子体反应器输入功率的增加而提高,产品气体中H2 CO的体积分数可达到75％．而CO2的体积分数始终低于3％,在产品气体中未检测到甲烷．     

半开式切割泵固液两相流动与特性分析

为深入了解半开式切割泵内部固液两相流动状态,基于ANSYS CFX软件,采用标准k-ε湍流模型,在不同固相体积分数和不同流量工况下,研究了叶轮叶片不同位置处的固相体积分布及速度分布,以及切割泵旋转刀处的固相体积分布及速度分布,并对磨损情况进行相应预测.分析了固相和液相对于内流场的影响.结果表明:分布在叶片压力面的固相速度整体小于吸力面,而固相体积分数却大于吸力面;叶片尾部固相速度最大,叶片头部固相体积分数最大;对于旋转刀,位于工作面旋转刀出口处和背面靠近转轴处的固相速度较大,位于工作面靠近转轴处固相体积分数较大,因而磨损预计较为严重,而旋转刀背面整体体积分数较小;不同流量工况对于压力分布、速度分布、固相分布有较明显的影响.     

竖井进流水平旋转内消能泄洪洞流场数值模拟

应用雷诺应力模型，模拟了竖井进流水平旋转内消能泄洪洞空腔环流的水力特性。数值模拟与试验结果比较表明，雷诺应力模型模拟水平旋流泄洪洞的水力特性是可行的，泄洪洞底部压强沿程呈减小变化规律并与实测值一致；轴向流速沿径向呈峰值靠近壁面的抛物线分布，切向流速呈强迫涡和自由涡的组合涡分布，自由涡占大部分区域，轴、切向流速模拟值与实测流速值均符舍得较好。并计算和分析了空腔环流的压强等值线、湍动能、湍动耗散率、旋流夹角等的沿程变化，揭示了竖井进流水平旋转内消能泄洪洞空腔环流的一些特有的水力特性。     

锥形旋转射流井底流场的数值模拟

针对旋转水射流代替机械钻头破岩钻径向水平井的实际要求,运用数值模拟方法研究了旋转射流在井底的流动规律。结果表明,旋转射流的流动不同于普通圆射流,它的每一个质点都具有三维速度,射流能量不是集中在射流中心部位,而是集中在一定半径的圆环上,同时具有明显的扩散性,并在中心形成回流区。随着旋流强度的增大,射流扩散能力增强。数值模拟得到的流动规律与实验结果完全一致。     

带有旋流的RH精炼系统循环流动的实验研究

探讨RH真空脱气装置水模型上升管中施加旋流以提高系统精炼效率的可能性,分别采用平直叶片叶轮和轴流式叶轮产生旋流,通过水模型实验,比较有旋流和无旋流上升管中气液两相流体流动现象的差别.利用超声波流量计测量系统的循环流量,利用摄像机记录气液两相流动状态.水模型实验结果表明,与无旋流情况相比,施加旋流后循环流量显著增大.由于向心力作用,气泡向管道中心区域积聚,从而使气泡与杂质物碰撞合并的机会大大增加;同时还能够避免气泡吸附在管壁上,提高RH真空精炼装置的寿命.     

螺旋流技术在水科学领域中的应用研究

介绍了螺旋流的特点及其产生方式,概述了螺旋流技术在排沙、旋流消能及污水处理等水利工程中的应用。     

旋风分离器排气管内气相流场的数值模拟

采用雷诺应力模型对直切式旋风分离器内气相流动的三维流场进行数值模拟,分析了排气管内的气相流场特点及排气管直径对气相流场的影响.结果表明:排气管内气流旋转强度较高,轴向速度呈强剪切流特征,并且存在回流区,这些都是造成能量损失的重要原因;减小排气管直径可以抑制短路流量,使旋风分离器整个空间内的切向速度增大,有利于颗粒分离,但同时压降增大.     

油水分离旋流器内部流场的数值模拟

本用数值方法模拟了油水分离旋流器内部的流场分布。油水混合物中的水被作为流体相，油被作为颗粒相。流体相的控制方程为连续性方程、Ｎ－Ｓ方程，其中结合了修正的Ｐｒａｎｄｔｌ混合长湍流粘性模型，颗粒相的控制方程是浓度扩散方程，流体相与颗粒相之间的相对运动由代数滑移模型确定，全部控制方程用Ｐａｔａｎｋａｒ－Ｓｐａｌｄｉｎｇ的ＳＩＭＰＬＥ算法求解。计算程序取名ＣＹＣＬＯＮ，用通用形式写出，用户只要输入旋流器     

方形竖槽道内受浮力驱动旋转火焰及热流场特性

 针对受限空间内受浮力驱动的旋转火焰及热流场所表现出的复杂特性,采用实验方法对一尺寸为2.0m×2.0m×15.0m的有单侧缝的方形竖槽道内产生的火旋风流场进行研究,并对中心轴线上的温度进行测量.同时采用基于大涡模拟技术的数值方法进行了模拟计算,验证了构建的数学模型对于预测该方形竖槽道内的热流场的准确性.通过对火旋风在稳定期内热流场的平均压强、温度、密度在高度方向和径向的分布情况和变化规律的分析,验证了火旋风的斜压影响机制,确定了温度和压力在高度上的分层特性,并发现等密度面更易于表现旋转火焰的变化情况.整个实验与数值计算结果都可为受限空间内的旋转火焰研究提供参考.     

离心风机蜗壳进口周向来流的非均匀性对其旋涡流动影响的数值研究

运用CFD技术对一离心风机整机作数值模拟，研究了蜗壳进口周向非均匀来流对其内旋涡结构、演化过程的影响．计算结果表明，蜗壳内各径向截面上产生了3个旋涡，一个进口涡和一对梯形涡，且都经历了初生、发展、耗散和溃灭等过程．与单蜗壳在周向均匀来流的假设下计算所得的旋涡结构相比，两者存在很大的差别，这说明只有考虑蜗壳来流的非均匀性影响，才能比较准确地模拟其内的旋涡运动．     

强旋湍流气相燃烧数值模拟

对液排渣立式旋风炉前置室的流场进行了数值模拟，建立了前置室内三维气相燃烧流场的数学模型，计算采用ＳＩＭＰＬＥ算法，其中湍流计算采用有旋流修正的ｋ－ε模型，气相燃烧采用ＥＢＵ－Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ模型。计算结果证明，该模型在求解强旋湍流有回流的气相燃烧注场是可行的。