催化裂化沉降器旋流快分器内气体停留时间分布的数值模拟研究

采用CFX软件和RSM模型对催化裂化沉降器旋流快分器内的三维流场进行了数值模拟,并且用标量输运方程研究了气体在旋流快分器内停留时间的分布规律.结果表明,旋流快分器内气体的停留时间随着旋流头喷出速度的增大而减小,随着封闭罩内环形空间面积与旋流头喷出口面积之比(S)的增大而减小,且当S等于10时,旋流快分器内气体的停留时间小于5 s;加入汽提气有利于气体的快速引出;带内插简状物的新型旋流快分器内气体的停留时间大于目前所用的旋流快分器内气体的停留时间.     

喷嘴长宽比和雷诺数对旋流冷却流动与传热特性的影响

针对叶片前缘冷却流动与传热问题,建立了合理的旋流腔冷却结构。通过求解三维稳态RANS方程和标准k-ω湍流模型,数值分析了喷嘴长宽比和雷诺数对旋流冷却流动和传热的影响。基于数值计算结果对无量纲传热系数Nu、喷嘴长宽比Car和雷诺数Re进行方程拟合,得到旋流冷却的传热关联式。结果表明:冷气从喷嘴进口切向射入旋流腔并形成高速旋流,显著增强换热;随着喷嘴长宽比从0.2增大到9,旋流外区面积、冷气速度和冷气湍流动能先减小后增大,冷气压力系数先增大后减小;在大喷嘴长宽比时,Nu沿旋流腔周向和轴向的分布较为均匀;随着雷诺数的增大,冷气在旋流腔中的流动结构不变,而冷气速度、湍流动能、压力系数和壁面Nu均显著增大;平均Nu随着雷诺数的增大而显著增大,随着喷嘴长宽比的增大先减小然后增大;传热关联式与数值计算结果的误差在10%以内,可以准确预测旋流冷却的换热系数。     

叶片前缘旋流蒸汽冷却流动和传热的数值研究

通过求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes方程和标准k-ω湍流模型,数值研究了旋流蒸汽冷却的基本原理,分析了冷气雷诺数和来流温比对流动和传热特性的影响,旨在阐明旋流蒸汽冷却的原理,总结其流动传热的变化规律。在此基础上对无量纲换热系数Nu、雷诺数Re和来流温比φ进行数值拟合,得到旋流蒸汽冷却的传热关联式。研究表明:冷气在旋流腔内的高速转动引起强烈的径向对流运动,使得换热增强;增大雷诺数能够增大冷气的涡量,有效提高旋流腔的换热系数,同时降低阻力系数;增大来流温比使得冷气的涡量增大密度减小,旋流腔的换热系数略有减小,阻力系数显著降低;综合换热因子随着雷诺数的增大而增大,随着来流温比的增大而减小;拟合的传热关联式与数值计算结果吻合良好,可以准确地预测蒸汽旋流冷却的换热系数。     

催化裂化沉降器旋流快分器内气体停留时间分布的数值模拟研究

采用CFX软件和RSM模型对催化裂化沉降器旋流快分器内的三维流场进行了数值模拟。并且用标量输运方程研究了气体在旋流快分器内停留时间的分布规律。结果表明，旋流快分器内气体的停留时间随着旋流头喷出速度的增大而减小，随着封闭罩内环形空间面积与旋流头喷出口面积之比（S）的增大而减小，且当S等于10时，旋流快分器内气体的停留时间小于5s；加入汽提气有利于气体的快速引出；带内插筒状物的新型旋流快分器内气体的停留时间大于目前所用的旋流快分器内气体的停留时间。     

排气管尺寸对旋风分离器流场影响的数值模拟

用雷诺应力湍流模型(RSM)模拟研究旋风分离器排气管尺寸对旋风分离器流场的影响.结果表明:单入口旋风分离器的非轴对称性在环区更明显;在排气管壁存在滞流区,排气管尺寸减小,该滞流区变薄;在分离区,De/D≥0.4时,旋风分离器的中心位置存在向下旋流,该旋流造成一定返混,对提高旋风分离器效率不利;随着De/D的减小,内旋流切向速度提高,中心处的向下旋流速度减小,总压降大幅提高;当De/D=0.3时,中心处向下旋流消失,提高了分离效率.     

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.     

新型超声速旋流分离器设计及数值模拟

设计一种静态导向叶片安装在拉伐尔喷管之前,使流体经旋流后再进入拉伐尔喷管进行膨胀降温的新型超声速旋流分离器.新型超声速旋流分离器中气流的旋转发生在亚声速段,使得分离器内的激波更容易控制,降低能量损失,使液滴的再蒸发影响程度减小,从而提高分离器的分离性能及压力恢复能力.对新型超声速旋流分离器内流体的流动规律进行数值模拟研究.结果表明:随着升压比的增大,激波位置由扩压器向喷管方向移动,升压比控制在40% ～ 73%内,超声速旋流分离器可正常工作;气流在拉伐尔喷管出口处形成低温、低压区,马赫数达到2.0,静温达-98.82 ℃,静压达82.945 kPa;新型分离器内旋流场离心加速度可达243558g(g为重力加速度),能够实现良好的超声速气液旋流分离.     

釜式泰勒流反应器流动特性与传质机理研究

通过设计一种气液混合射流的方案,在搅拌釜式反应器底部加装气体分布器,生成泰勒涡流。采用数值模拟和实验相结合的方法分析反应器内涡流流动特性及传质机理。结果表明：搅拌釜式反应器内泰勒涡流随旋转雷诺数变化的演变规律与常规泰勒反应器内涡流的演变规律类似;泰勒涡流的生成在搅拌釜式反应器原有的全混流流型中构建出局部的平推流区域,降低了返混;平推流区域随着旋转雷诺数的增加而扩大,在临界旋转雷诺数工况下可使反应器气相均布性提升28%,溶氧速率提升5倍左右,有效地改善了反应器内流动状况,强化了气液间的传质效率。研究结果为突破常规泰勒流反应器反应空间小的局限、扩大生产规模提供了理论研究依据,对釜式反应器的改装具有普适性,简便易行。     

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.     

变径流化床反应器内的气固流动特性数值模拟

采用计算颗粒流体力学(CPFD)的数值模拟方法,对直径为160 mm、高度为273 3 mm的变径流化床反应器内的气固流动特性进行冷态模拟,研究不同气速及不同初始物料量对流化床反应器气固流动特性的影响,得到流化床内颗粒体积分数、颗粒速度以及颗粒停留时间的分布。结果表明,当气速不小于2.5 m/s时,流化床内颗粒体积分数轴向分布更为均匀,颗粒速度呈中间高、两边低的倒"U"形分布;壁面附近的颗粒停留时间长于中心处,使得壁面附近的颗粒趋于聚集;流化床的轴径向颗粒体积分数随着初始物料量的增加而增大。     

超临界水氧化水膜反应器的气固两相流分析

基于欧拉-拉格朗日方程的拉格朗日离散相模型,并建立颗粒的受力模型,对超临界水膜反应器内的气固两相流特性进行数值模拟。模拟并分析了颗粒直径、入口速度对超临界水膜反应器内的颗粒运动规律、分布特性以及颗粒接近多孔璧的参数的影响,并且分析了超临界水膜反应器中一定直径的颗粒的流体随体性。对研究和优化超临界水膜反应器的气固两相流特性具有一定的指导意义。     

CuO/Al2O3作为载氧剂的流化床化学链燃烧数值模拟

以欧拉-欧拉双流体模型和气固非均相化学反应动力学为基础,嵌入了气固化学反应速率方程和反应内热源项的UDF(自定义函数)程序,对化学链燃烧燃料反应器——鼓泡流化床内气固两相流动及化学反应过程进行了数值模拟,并分析了甲烷进气速度对床内气固两相流动、传热及化学反应速率的影响.结果表明:随着甲烷进气速度增加,床内气固混合更加剧烈,气泡的产生、碰撞和破碎使得气固分布不均,流化质量下降,导致反应器内化学反应速率以及温度分布不均,床内局部存在的高温区域将使颗粒温度过高而烧结,降低了甲烷燃烧效率.     

一种内置旋流叶片的旋风分离器性能数值研究

提出了一种新的高效旋风分离器构造,在传统分离器的内外涡旋交界面上添加一组与气流旋转方向相同的旋流叶片,来阻挡含尘气流中的颗粒进入内涡旋区.基于计算流体力学(CFD),采用雷诺应力模型和离散相的随机轨道模型来计算分离器的气固两相流,并用试验数据验证了计算模型的正确性;通过数值计算分析、比较了添加旋流叶片前后的分离器性能,对旋流叶片进行了性能优化.结果显示,与传统分离器相比,添加旋流叶片能够使分割粒径减小60%～70%,有效地提高了分离效率,而压降仅增加19.3%,且旋流叶片对于小粒径、小密度颗粒的分离效率提升更为显著.     

撞击流气固两相流动中曳力模型的分析

为研究水平对称撞击流中气固两相曳力模型对球形颗粒运动的影响,运用FLUENT软件对spherical、stokes-Cunningham模型以及一种新型曳力模型下的气固两相流进行了数值模拟。新型曳力模型利用FLUENT中用户自定义函数(UDF)程序实现。采用欧拉-拉格朗日方法计算流场速度分布、进出口压力差、颗粒在撞击流装置停留时间以及颗粒运动轨迹。结果表明,采用新型曳力模型模拟撞击流气固两相流动,其速度分布基本关于撞击面对称分布。对于不同曳力模型,气固两相撞击流装置进出口的压力差在24. 9～25. 0 Pa之间。采用新型曳力模型模拟颗粒在撞击流装置停留时间主要分布在0. 4～1. 0 s,其颗粒运动现象与实验结果在定性上是一致的。     

气固催化反应流动的CFD-DEM模拟研究

针对复杂气固催化反应流动系统,提出一种新的气固催化反应流动的模型框架,即CFD-DEM反应流模型框架,计算流体力学（CFD）方程用于描述气相的流动和传递行为,离散单元法（DEM）用于描述颗粒相的运动。结合石油催化裂化（FCC）过程,考虑颗粒间传热和气固相间传热模型、催化剂颗粒瞬态失活模型以及FCC过程的4集总动力学模型,建立完整的CFD-DEM反应流模型。应用所建模型模拟在不同剂油比操作下高2m,宽0.05m的二维提升管和下行式反应器内的FCC过程。由于能实时追踪各个催化剂颗粒的运动、传热和化学反应行为,模拟结果直接揭示了不同的流动结构和颗粒返混行为对反应器性能（如汽油、焦炭等产物的选择性）的影响。此外,方法论本身可推广至FCC过程以外的气固相催化或非催化过程的精细描述。     

循环流化床中颗粒团浓度沿轴向的分布

循环流化床中存在分散固体颗粒的连续上升气相和相对紧密的颗粒团两部分．颗粒团聚物对气固两相流动、传热和反应等行为有重要影响．通过拟Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ动力学理论研究循环流化床中聚团流动的颗粒数份额沿轴向床高的分布,分析和讨论了气体表观流速、固体循环率等对聚团流动的颗粒数份额沿轴向分布的影响．所得结果可为深入研究循环流化床内气固传热传质和反应模型提供理论基础．     

超细旋液粉碎器工作腔内流动分析

采用激光多普勒测速仪，对超细旋液粉碎器工作腔内流场进行测量和研究，得到了平均速度及脉动速度分布，流型，剪切速率及雷诺应力等流动参数；揭示了其流动基本特征和变化的基本规律；阐明了超细旋液粉碎器破碎粒子的主要机理，为深一步探讨超细旋液粉碎器提供依据。     

基于TCP流稳定螺旋涡的垂直螺旋输送机的设计方法

针对垂直螺旋输送机中的气固两相流进行了研究,分析了颗粒圆周速度在径向方向上的分布函数,并从颗粒流的螺旋升角、涡量入手,结合理论分析与EDEM+FLUENT仿真分析,研究垂直螺旋输送机中形成TCP流稳定螺旋涡的最佳填充率、最佳螺旋转速和临界雷诺数,推导出不同摩擦因数下的临界雷诺数公式和最佳输送量公式,从而得出一种高效的基于TCP流稳定螺旋涡的垂直螺旋输送机的设计方法,该方法使垂直输送机输送量提高了约20%.      

Direct numerical simulation on the particle flow in the wake of circular cylinder

The spectral-element approach is used to simulate the gas-solid two-phase flow behind of the circular cylinder. Based on the method of a high accuracy calculation for the gas phase flow, the particle dynamic field is put into practice. Two key influence factors, Stokes number and Reynolds number, are investigated. The simulation results give a clear pattern of the physical characteristics of gas-particle flow. Due to the construction properties of the eddies in the wake of the circular cylinder, the suction is the main dispersion mechanism of particles near to the centric axis. This effect can make the small particle sucted to the near wake of the circular cylinder. The particle dispersion is also induced by the pressure gradient which is caused by the strong velocity gradient of gas phase.