渣油催化裂化提升管反应器气固两相流动、传热、反应模型的建立

根据提升管气固两相湍流流动模型和渣油催化裂化反应动力学集总模型,全面系统地考虑了气固两相之间复杂的流动、传热、传质以及各种操作因素对催化裂化提升管反应器内化学反应的影响,确立了ｋεｋｐ流动物理模型和渣油回炼油反应集总模型,建立了渣油催化裂化提升管反应器三维气固两相流动、传热及反应模型,编制了大型模拟计算程序,并对工业提升管反应器进行了数值模拟计算。     

新型金属氢化物反应床传热性能分析

运用计算流体动力学（CFD）方法,对弓形折流板壳管式金属氢化物反应床进行了数值模拟.预测了反应床壳侧的流体流动状态,分析了在不同折流板数量下,反应床中壳侧的流动状态、壳侧压降和换热管内合金的温度分布.分析计算结果发现,当壳侧折流板数较多时,热流介质的流动均匀性较好,其流动死区较少,换热性能较好,壳侧压降也较大,压降损失主要存在于折流板圆缺处;增加折流板高度会有效地减少壳侧压降,并对换热性能影响很少.针对弓形折流板壳管式反应床传热性能较差,引入螺旋式折流板对反应床进行优化.结果表明,该反应床流体流动状态为旋转式,其壳侧流体的均匀性、壳侧压降以及换热管的温度分布均匀性均明显优于弓形折流板.
关键词： 中图分类号： 文献标志码： A


Abstract：     

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。     

乙苯脱氢径向反应器的模拟和操作优化

采用一维拟均相绝热径向反应器模型模拟乙苯负压脱氢径向反应器,探讨了在负压条件下乙苯脱氢反应温度、水烃比和压力对乙苯脱氢反应转化率和选择性的影响,指出负压反应系统对压降的严格要求,由此得出合理的操作条件,通过模型计算结果与生产装置实测数据的比较,确认本模型可以用于生产装置的模拟。     

滴流床加氢裂化反应器内流体流动的数值模拟

采用计算流体力学(CFD)方法,利用Fluent软件中多孔介质模型对某实验室规模滴流床反应器进行数值模拟;对比考察3种多孔区域三相动量相互作用模型对计算结果的影响;通过模拟计算得到具了反应器内速度场、压力场及持液量的详细信息,并对压降和持液量进行分析对比.结果表明,模拟计算结果与文献中实验报道结果相符,在3种动量相互作用模型中双流体界面力模型能描述床层的微观流动特征(壁流).     

螺旋折流板换热器壳侧流动的数值模拟

采用多孔介质、分布阻力模型、阶梯逼近技术对螺旋折流板换热器壳侧的流动进行了三维数值模拟,湍流方程组的求解采用了改进的k-ε模型和壁面函数法.数值模拟结果表明,在相同的进口内径及相同的进口流量条件下,螺旋折流板换热器壳侧的压降明显低于弓形折流板换热器的,且随着螺旋角的增加,压降呈减小的趋势.在小流量条件下,计算所得的换热器进出口总压降与实验值之间的偏差大部分在14%以下,最大为18%,能符合工程计算的需要.     

催化裂化提升管反应器流动反应模型的建立

基于流体力学和稠密气体分子运动的基本理论,建立了气粒两相流的颗粒动力学模型,并结合催化裂化反应的集总动力学模型建立起催化裂化提升管反应器内原料油气和催化剂颗粒两相流传质、传热、反应的三维模型,用于考察提升狞内催化裂化反应历程。给出了模型方程的数值解法、边界条件和差分方法,编制了模拟计算程序。模拟计算了催化裂化提升管反应器喷嘴附近催化剂颗粒的流动特征。模型的计算结果与炼油厂实际标定的提升管出口给分浓     

钯复合膜反应器中异丁烷脱氢反应的数学模拟

对化学反应与膜分离的动态过程进行了关联,建立并求解了一维数学模型,根据异相烷脱氢反应速率方程和膜反应器模型对反应器中的异丁烷脱氢反应进行了具体分析,模拟了操作条件（反应温度、原料气空速、吹扫气流量、原料气组成和原料气村力）对异丁烷转化率增量的影响,模拟值与实验值相比较,在数值上虽有一定的偏差,但与实验结果基本一致。     

考虑径向流速分布的二维非均相径向氨合成反应器模型

导出了考虑床层径向流速分布的径向床二维非均相模型,通过计算模拟考察了不均匀流动对三段径向冷激式氨合成塔性能的影响。计算表明：在各种不同的床层进口温度、入口氨浓度和活性系数下,流动的不均匀度所造成的影响是不同的,提高进口温度,降低入口氨浓度和提高活性系数有利于降低流动不均匀对三段径向合成塔净值和生产能力的影响是有限的,在计算条件下,均匀流动和不均匀度高达７０％相比,生产能力只下降了２％。     

气升式生物反应器内气液混合流场的研究

该研究采用有机玻璃建立了模拟反应器试验装置,能分别模拟气升式和机械搅拌式两种反应器的工作状况,包括进气压力和罐压的调整、罐内温度、溶氧量的测量;建立了计算机数据采集系统;采用ALE方法,分别对安装一块档板和三块档板的生物反应器内复杂流动及粒子Lagrangian运动建立模型,得到了数值模拟结果.该研究的成果可用于气升式生物反应器领域.     

贯流泵装置出水流道进口区压力及速度场分析

为分析贯流泵装置出水流道进口区流场的非定常特性,在考虑水泵与流道的水力相互作用基础上,采用RNG k-ε湍流模型对贯流泵装置进行全流道的非定常数值计算。通过非定常求解预测的贯流泵装置能量性能数据与物理模型试验值进行对比,验证数值计算方法的可信度,分析出水流道进口区非定常压力及速度场的演变规律。结果表明:(a)贯流泵装置数值预测的扬程系数与模型试验结果的最大相对误差为3.15%,效率的最大相对误差为3.07%。(b)出水流道进口区轴面速度场的波谷数与导叶体的叶片数相同。(c)随着流量系数的减小,出水流道进口区的轴面速度场的波峰特征越趋明显,轴面速度的尾迹特征逐步增强。(d)水流经出水流道扩散,速度逐步减小而压力逐渐增大,出水流道进口区的脉动主频受叶轮旋转的影响很小,压力波动主要受导叶体进口流态和导叶体结构的双重影响。(e)不同工况时各监测点的主频及次主频均为低频脉动。     

环管反应器内液固两相流的数值模拟

为了对环管反应器内液固两相的流动形态进行研究,建立以颗粒动力学为基础的Euler-Euler双流体模型。在浆液流速远大于自由沉降速度的情况下,模拟不同浆液入口速度时的环管反应器上升段压力降,同时对管道内液固两相流中的一些重要参数进行数值研究：在入口液固两相体积分布均匀的情况下,环管反应器上升段、弯管段以及下降段液固两相体积分布和液固两相速度均不一样,在弯管段由于离心力引起管道内二次流,使得固相颗粒甩向弯管的外侧壁,引起固相体积分数在弯管外侧壁明显增大,管道内固体颗粒相分布不均。在浆液速度v=3m.s-1时,液相和固相的速度有一定的速度差,随着入口速度增大,速度差变小;当浆液速度v=7m.s-1时,固体颗粒相速度分布与液相速度基本相同,两者之间的滑移速度可以忽略。计算结果与传统经验公式的比较表明模型能有效地描述环管反应器内压力降和反应器内浆液流动形态。     

恒定有压扩散流的大涡模拟

采用大涡模拟（LES）方法对恒定有压扩散流进行了数值模拟，对大尺度漩涡直接求解Navier-Stokes方程，小尺度漩涡采用标准Smagorinsky亚格子模型模拟．针对不同雷诺数下扩散段内的水流进行数值模拟，得到了各雷诺数流动时的时均速度场，分析了不同流态下扩散段内恒定有压扩散流时均流动特性．通过对不同流态下扩散段内连续瞬态流场的分析，探讨了不同雷诺数流动时扩散段内瞬态流场结构特点以及分离区内漩涡的变化规律，指出在恒定流状态下扩散段内存在流动的局部不稳态现象（主流的非周期性摆动），并对此现象进行分析．计算结果和试验结果吻合较好．     

A numerical study of cavitating flows in high-pressure diesel injection nozzle holes using a two-fluid model

Cavitating flows inside a diesel injection nozzle hole were simulated using a two-fluid model. Attention was focused on the complex cavitation processes and flow characteristics under constant inlet pressure and fluctuant inlet pressure modes. To validate the two-fluid model, model predictions were compared with the experimental data available in the literatures, and good agreement was achieved. The numerical results show that the appearance of supercavitation in the diesel nozzle hole induces obvious changes of flow field structures and exit flow conditions. The distributions of liquid phase turbulent kinetic energy and exit velocity profiles corresponding to the supercavitation regime indicate the potential for promoting the primary breakup of a diesel jet. Furthermore, the upstream pressure fluctuations significantly influence the cavitation processes. Both partial cavitation and supercavitation show unsteady behaviors as the rapid rise or fall of upstream pressure. Supported by the National Natural Science Foundation of China, Key Project Funding (Grant No. 50636040) and Major State Basic Research Development Program (Grant No. 2007CB210001)     

压力能驱动的自搅拌反应器流动特性数值模拟

提出了一种新型自搅拌管式反应器,并采用数值模拟方法对新型自搅拌溶出反应器内的流体流动特性进行了研究.在搅拌转速不变的情况下,研究了不同入口流速对反应器内部流体流动的影响.结果表明:不同流速下,反应器内部轴向流速整体分布均匀,但反应器入口和出口的流体,由于受到扰动作用速度偏大,且靠近出口的流速低于入口附近流速.径向靠近壁面处速度稍大,靠近搅拌轴处速度略小,说明搅拌桨叶端部对流体作用更大.入口流速为8.3 m/s时,更利于反应器内环流的形成.     

火焰在微细圆管中传播及其熄火现象

采用单步化学反应机理，假定流场满足Poiseuille分布，用热传导-组分扩散模型研究圆管中预混火焰传播特征和熄火条件。通过计算不同的壁面对流散热和气体流动速度下的火焰，得到火焰面形状的变化规律、火焰传播速度的曲线，分析出了微细圆管中熄火的规律：管道越细，熄火越容易；进口气流速度为0时的燃料消耗速率最小，但只有正的进口速度才有利于防止熄火。     

两种非均匀进口速度下尾水管内流CFD模拟分析

对两种不同负荷条件时给定尾水管非均匀进口速度条件，进行了内流计算流体动力(CFD)分析，采用定常流动计算方法对同一问题进行了对比，给出了两种工况条件下，各主要特征截面上的参数变化特征和详细细节，计算分析结果显示A工况速度条件的流动特征明显优于B工况，解决了CFD非均匀进口速度条件下的给定问题．     

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。     

抛物面碟式太阳能接收器与高温反应器的联合传热特性分析

太阳能接收器和反应器的几何结构直接影响其传热特性及化学反应过程,利用光学特性产生高强度辐射通量是营造高温的常用方法。构造了一种基于抛物面碟式太阳能接收器的高温反应器,分为预热区和多孔反应区,通过COMSOL Metaphysics软件建立其三维数值模型,计算焦平面热通量分布规律,在典型运行条件下(DNI=800 W/m~2,u_(in)=0.1 m/s),分析反应器的速度和温度分布规律,以及DNI和反应流体入口速度对反应器传热特性的影响。     

基于OpenFOAM的周期性管内流动边界处理方法研究

为探究开源计算流体力学软件OpenFOAM中不同周期性边界条件处理方法的适用性,针对圆管内泊肃叶流动,分别在mapped,cyclicAMI,cyclic fan边界条件下开展数值模拟,对模拟得到的速度分布和压力分布进行分析.结果表明:3种边界条件设置下,数值模拟得到的速度分布均与解析解吻合,其中mapped和cyclicAMI边界条件下的数值解非常接近,且与解析解吻合更好;采用mapped边界能够得到与解析解符合的压力场,采用cyclic fan边界时在模拟区域进、出口存在很大的压力梯度,采用cyclicAMI边界得到的压力则恒为0.基于此,探讨了mapped边界条件下,数值模拟结果对计算网格的敏感性.研究发现:随着径向网格数目的增加,速度的计算精度先迅速提高而后趋于稳定;边界层层数的增加能够有效提高近壁区速度的计算精度;数值模拟时径向网格数目采用16个以上为宜,边界层层数不宜少于3层.