生物反应器内部三维流动的数值模拟及其Lagrange粒子运动分析

本研究采用三维ALE方法对生物反应器内部复杂流动进行数值模拟，通过隔板的放置以及隔板位置和角度的调整，以达到控制生物反应器内的流动状态，并通过考察粒子的Lagrange运动特性，了解生物反应器内不同物质的混合情况，对工程优化设计具有一定的指导作用.     

层流曳带流反应器内流动和温度特性的数值模拟

用计算机模拟方法对层流曳带流反应器内的流动和加热特性进行了详细的数值计算，描述了煤粒在该反应器内的加热速率、停留时间以及煤粒的温度－时间曲线，为正确地解释该反应器内的燃烧和热解试验数据提供参考。     

层流曳带流反应器内流动和温度特性的数值模拟

用计算机模拟方法对层流曳带流反应器内的流动和加热特性进行了详细的数值计算，描述了煤粒在该反应器内的加热速率、停留时间以及煤粒的温度－时间曲线，为正确地解释该反应器内的燃烧和热解试验数据提供参考。     

反应器放大准则探索实验设计

化工类专业本科生应掌握化工反应器的"放大准则"研究方法,熟悉反应器放大过程中的现象和规律。该文通过逐级放大实验考察釜式搅拌反应器放大准则,采用示踪脉冲法测定反应器的停留时间分布以确定反应器的流动特性,求出反应器的流动模型参数。实验要求学生通过对比不同放大准则操作的搅拌转速得到的反应器流动特性和转化率,归纳出不同放大准则的优缺点,为反应器的设计及放大提供依据。通过此实验,学生的工程意识、动手能力及团队合作能力得到有效提高,学生的实验设计能力和结果分析能力得到了提升,实现了工程性实验的教学目的。     

醋酸乙烯固定床列管式反应器的模拟分析

以实际运行的醋酸乙烯（VAC）固定床反应器为基础,分析了物料在反应器的流动特性,建立了数学模型。通过对模型求解,得到了床层温度、反应选择率和VAC产量等参数在反应器内沿物料流动方向上的分布。计算结果和实际数据的拟合较好,为VAC反应器的优化操作提供了依据。     

固定化包埋细胞颗粒填充床光生物制氢反应器内的多相传输模型

包埋细胞颗粒填充床光生物制氢反应器内是带有气液两相流动、底物及产物扩散、颗粒内生化反应的复杂生化反应体系．文中建立了包埋细胞颗粒填充床内含生化反应的多元多相流动及传输特性的多相混合模型，并发展了包埋细胞颗粒光生物制氢反应器底物降解和光合产氢的理论计算方法．模型的理论预测值与填充床反应器底物降解和光合产氢特性实验结果基本符合．     

鼓泡塔和内循环气升式生物反应器混合特性比较

用脉冲示踪法测试了鼓泡塔和内循环气升式生物反应器的停留时间分布，对其流动混合特性作了比较研究．结果表明，内循环气升式生物反应器停留时间分布得到改善，强化了气液传质，有更好的混合效果，提高了反应效率．多参数模型较单参数模型能显著地反映出两种反应器的混合特性及其差别，移位对数正态分布函数模型对实验值的吻合程度优于组合模型．     

工业级MIP提升管反应器气固两相流动特性的数值模拟

以工业上多产异构烷烃催化裂化工艺(MIP)装置的提升管反应器为研究对象,采用欧拉-欧拉双流体模型对反应器的气固两相流动行为进行三维冷态数值模拟。采用计算流体力学(CFD)模拟方法分析了预提升段、一反段和二反段的气固流动特性,并对比了催化剂颗粒入口的质量流量与原料油入口的质量流量之比(剂油比)分别为6、7、8时反应器内的流动特性。模拟结果表明MIP提升管反应器内存在典型的非均匀流动特点。随着剂油比的增加,催化剂颗粒的轴向速度降低,固相体积分数增加。     

圆盘反应器内流动和成膜性能的数值模拟

采用流体体积函数法(VOF)对卧式旋转圆盘反应器的流动和成膜特性进行了数值模拟,并考察了圆盘转速和反应器内液位高度对液膜厚度及分布的影响规律。研究结果表明,VOF方法能够较好的模拟圆盘反应器内液膜的流动和成膜特性,反应器内液相流场、成膜过程、液膜厚度及分布的模拟数据与实验结果吻合良好;液膜厚度随圆盘转速增加而增大,液位高度的变化对其影响不大;圆盘成膜具有最低转速和最低液位;同时模拟得到了圆盘表面液膜的分布规律。     

中浓纸浆在反应器内的流动特性研究

中浓纸浆是一种非常特殊的介质,中浓纸浆在升流式反应器中的运动特性关系到反应器的反应效率和反应质量.为探求中浓纸浆在升流式反应器内的流动规律,作者利用自行研制的中浓纸浆漂白试验系统采用示踪法进行了研究.结果证明:中浓纸浆在升流塔内流动时的运动和塔器的截面形状,流动速度相关.对其中气体的运移也进行了一定深度的研究.     

套筒式内循环电解反应器的研究

在小型实验装置上研究了电解ＮａＣｌＯ３溶液的套筒式内循环电解反应器的操作性能。结果表明其电解反应速度和电流效率均高于传统的槽式反应器。对实验结果进行分析发现，在由微气泡构成的两相流动系统中，其传递特性与普通的鼓泡系统不同；它不仅受气含率的影响，而且与液体的流速有关。由此引入液相雷诺数ＲｅＬ来表征流速的影响。关联实验数据，得到平均电解速度Ｎ＝０．０１３８ＲｅＧ＾０．５０－ＲｅＬ＾０．４２，平均电解效     

熔窑内玻璃液流动与传热模型实验的新准则

熔窑内玻璃液流动与传热模型实验由于无法同时满足３个相似准则Ｒｅ，Ｇｒ和Ｐｒ相等，通常采用只保证两个相似准则 Ｒｅ，Ｇｒ相等而忽略 Ｐｒ准则的方法。分析表明，Ｐｒ对液流速度场和温度场却有强烈影响。基于熔窖内玻璃液的流动特点，由流动与传热控制方程导出了熔窑玻璃液流模型实验的两个新准则Ｇｒ／Ｒｅ和Ｐｅ。这两个新准则综合了 Ｒｅ，Ｇｒ和Ｐｒ ３个相似准则的作用，因此模型实验的相似性可得到实质性的改进，实验设计和操作也可更加方便。这种新的熔窑玻璃液流模型实验方法的有效性通过数值计算得到了验证。     

低雷诺数模型模拟UV反应器湍流流场

依据低雷诺数k-ε模型,用CFD商业软件FLUENT,对UV消毒反应器进行数值模拟.UV消毒反应器结构的设计可以在很大程度上影响到饮用水的消毒水平,并且影响到了反应器的运行维护费用,因此优化反应器的结构设计十分重要.结果表明,运用低雷诺数k-ε模型模拟UV流场得到的结果能很好地符合实验得到的结果.因此,低雷诺数k-ε模型可以作为分析UV消毒反应器内的流场分布的可靠模型,该模型可以应用于分析不同结构的UV消毒反应器内的流动情况,帮助改善反应器的结构设计以达到改进消毒效果的目的.     

低雷诺数气液交叉流装置研究(Ⅰ)——孔流液柱流动特性数值模拟

针对低雷诺数的气液交叉流气体净化过程,提出有效避免二次雾沫夹带的液柱流体力学条件。数值模拟结果表明,液柱表面随着离开孔口的距离而变化,采用公式Lb/d=2.84We0.694能有效预测液柱的断裂行为。     

田市抽水站供水前池更新设计合理性的数值分析

采用分步法求解正交曲线坐标系下的二维水流的数学模型，预测了田市抽水站供水前池更新设计、前后几类典型的运行工况下的水流流态，通过对模拟结果进行比较、分析，证明了供水前池更新设计方案的合理性。     

舱内晃荡对船舶横摇影响的数值分析

利用两相流模型对带自由面的流动问题进行了数值模拟,计算了舱内水体晃荡对水舱横摇运动的影响。利用计算流体力学软件ＣＦＸ－４,模拟了舱体大幅横摇时水的晃荡、翻卷和重入,通过对不同的舱内水深、不同摇幅的水舱强迫和自由晃荡问题的数值计算,发现舱内水深对晃荡力矩有重要影响,在给定的计算频率下,浅水的影响比深水更大。     

过冷却器结冰影响机制的实验研究

从经典形核理论入手分析了过冷却器结冰的影响因素.在此基础上,搭建了过冷法制备冰浆实验台,通过大量实验对过冷水在过冷却器内结冰过程展开研究,结合边界层理论初步探究了流动与换热过程对过冷却器结冰的影响机制.实验结果表明:过冷水形核过程受换热壁面温度与流体扰动的共同影响;当雷诺数Re较小或二次冷媒温度较低时的形核主要受换热壁温影响;当Re数较大时的形核主要受到流体扰动的影响.     

港区雨水径流模型的建立及检验

针对港区的情况建立了港区雨水径流模型,包括了地表产流计算模块、地表汇流计算模块和管网汇流计算模块,其中地表产流采用霍顿下渗公式计算下渗量;地表汇流采用瞬时单位法计算;管网汇流模块采用运动波法求解.经长沙市港区的实测资料检验,证明该模型在港区小流域的雨洪分析中有较高的精度,洪峰流量和径流总量最大相对误差分别为2.8%、7.563%,最小相对误差分别为0.7%、0.408%.可用于港区雨水排水的径流模拟.该模型的建立可以为港区的雨水排水系统的设计、校核及管理提供科学依据.     

扫吸式吸入口流场仿真分析研究

针对扫吸式吸入口流场仿真分析中模型建立和分析方法选择的难题,选取Fluent中的多参考系模型(MRF)作为建模方法,确定了扫滚相对于吸入口罩壳之间的速度换算公式。通过改变扫滚转速和输料管与扫滚之间的中心距,研究了影响扫吸式吸入口空气流量和入口速度变化的因素,并绘制出扫滚壁面和入口速度云图。最后根据分析结果,优化了扫吸式结构尺寸和运行参数。结果表明,采用多参考系模型可以实现扫吸式吸入口内部流场的仿真分析研究;对于作业宽度为400mm的扫吸式吸入口,当扫滚转速为300rad/min,输料管与扫滚之间的中心距为350mm时,吸入口内部空气流量和入口速度最大。     

卫生洁具形成虹吸现象的VOF模型判定方法

利用标准k-ε湍流模型,闭合非定常气、液多相流的N-S方程,采用有限体积法和非结构化网格,数值模拟了虹吸式卫生洁具冲水流道的三维流动,由残余污水的测试实验验证了该数学模型的正确性。对排污管的驼峰顶断面的气、液两相的体积分数积分数进行了定量计算,获得了其虹吸现象形成的数值判据。对卫生洁具流道形成虹吸现象的水力特性实现了预测,为虹吸式卫生洁具的出水流道水力设计优化提供了理论依据。