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。     

运用CFD-DEM耦合模拟计算离心泵内非稳态固液两相流动

 对于泵内固液两相流数值模拟,一般方法是将固体颗粒相视为拟流体,采用多相流的CFD 方法进行计算,但这难以体现固体颗粒形状大小、碰撞、凝聚和分离等特性。本文以工程中常用的IS 型离心泵作为研究对象,运用DEM 离散元法结合CFD 方法,采用EDEM-Fluent 耦合,模拟计算离心泵内非稳态固液两相流动,探索泵内固体颗粒群运动规律及其对外特性的影响。计算采用的固体颗粒密度为1500 kg/m³,泵入口固相体积率为15%,粒径在1.0～3.0 mm 范围内随机变化。计算得到了固液两相泵随时间的外特性变化,包括泵扬程、泵内固体颗粒体积的变化规律;得到了泵内固体颗粒群的运动轨迹和固相体积率分布等有价值的结果。     

基于CFD-DEM的固液分级过滤模拟

采用计算流体力学(CFD)和离散单元法(DEM)耦合的方法,在不同滤层结构的三维随机堆积颗粒层过滤器内进行固液分级过滤的数值模拟研究。实验结果表明,过滤效率的模拟计算值与实验值吻合良好,压降值的偏差在Ergun方程允许误差范围内。过滤器的容垢能力用计算模型的颗粒沉积均匀度表示,并拟合得到沉积均匀度的关联式。颗粒沉积分布的模拟结果显示：单层细滤料过滤器的颗粒沉积主要发生在近入口处,容垢能力较低;分级过滤器的细滤料层保证了高过滤效率,粗滤料层则提供了较大的容垢能力。     

催化裂化再生器内气固两相流动及烧焦反应的数值模拟

在气固两相流动模型的基础上,结合催化剂的烧碳、烧氧反应动力学模型,并考虑相问热量、质量传递对流动的影响,建立再生器气固两相流动及烧焦反应模型,对工业再生器进行模拟计算.结果表明:建立的气固两相流动及烧焦反应模型具有良好的预测性,对工业再生器的计算较好地揭示了再生器内的气固流动状况、组分摩尔分数变化及温度场分布等,结果与实际数据基本符合;模拟时忽略了再生器的内构件,对模拟结果有一定的影响.     

旋流燃烧器气固多相流研究

本文采用数值模拟的方法对宁夏中宁电厂330MW亚临界锅炉燃烧器内气固多相流动进行了数值模拟。根据模拟出来的燃烧器内气固多相流速度场分布规律,分析得出这种新型旋流燃烧器的运行特性。     

局部富氧喷煤直吹管内气—固两相流动及传热数值模拟

以气－固两相的动量、热量、物质守衡为基础,用多流体模型描述气体和颗粒两相的运动,用气相湍流模型和颗粒湍流代数模型分别描述了气相和颗粒相的湍流特性,建立了高炉局部富氧喷煤直吹管内气－固两相流动及传热的数学模型。数值模拟了９种工况下的气相流场、温度场以及煤粉颗粒相的速度场、浓度场和温度场,并研究了富氧率、风温、固气化、插枪角度等喷吹参数对各种场量的影响。数值模拟结果与实测值符合良好。     

超临界苯烃化催化反应中焦前物分子扩散模型的研究

通过超临界相和液相条件下苯烃化反应的实验研究和催化剂的测试分析，发现Ｙ型分子筛催化剂的失活是由于副反应的存在，在催化剂表面上生成了多环大分子生物（称为焦前物）。实验结果表明，超监介反应可以抑制催化剂的结焦，超临界相催化剂活性与液相催化剂活性相比在四倍以上。本文研究超临界流体中的分子扩散传质行为，以并四苯、并五苯和并六苯为焦前物的代表物，建立超监蛤苯烃化反应过程中焦前物粗硬球分子扩散模型。     

六旋风分离器循环流化床内气固流动特性数值模拟

以六旋风分离器循环流化床为研究对象,基于计算颗粒流体力学方法,建立全循环数值模型;在通过模拟与实验对比确定最优曳力模型的基础上,探究物料量、入口气速对炉膛内气固流动特性及出口物料分配均匀性的影响,得到不同物料量、入口气速时炉膛颗粒速度、体积分数、质量流率与循环流率分布。结果表明：当炉膛内物料稳定运行时,颗粒体积分数沿轴向呈下大上小的S型分布,沿径向呈中间小两边壁面处大的U型分布;炉膛6个出口存在明显气固流动不均匀现象,炉膛左、右两侧对应出口截面颗粒水平速度、体积分数及旋风分离器入口段颗粒水平质量流率、循环流率相差不大,呈现对称分布,在同侧3个回路间呈现中间回路的小两角回路的大的分布规律,并且中间回路出口的明显小于两角回路出口的,气固流动不均匀性主要发生在同侧3个回路出口端。     

颗粒外表面上气固相催化反应宏观动力学方程浅析

根据复杂反应过程是其机理基元过程的传递和组合的假说,对颗粒外表面上气固相催化反应宏观动力学过程进行机理分析,针对表而一级反应,由其基元过程的过程速率,推导建立宏观动力学方程式。     

关于气固相催化反应中扩散控制对反应选择性影响的探讨

从定量角度描述气固相催化反应中内外扩散过程对反应选择性(S)的影响,并以两个独立并存的反应类型的内外扩散过程对S的影响为例进行定量讨论。结果表明,采用上述定量的方法,直观明了,更具有说服力,学生易于理解。     

提升管反应器中催化裂化与热裂化反应的模拟

利用小型提升管催化裂化实验装置对工业提升管中的催化裂化和热裂化反应进行了实验模拟研究，考察了反应停留时间、反应温度和剂油比对催化裂化和热裂化反应的影响，在此基础上对催化裂化反应工艺条件进行了分析。结果表明，缩短反应停留时间和提高剂油比可有效抑制提升管反应器中热裂化反应的发生，提高轻质油收率；提高反应温度虽然可在一定程度上提高轻质油收率，但反应温度过高会使热裂化反应加剧，从而使产物分布变差；当采用高温、大剂油比操作时，缩短反应时间，尽量消除提升管反应后期的热裂化反应，是改善催化裂化产物分布的关键。     

蜂窝体催化燃烧反应器中流动特性的数值模拟

研究了伴有反应条件下蜂窝体催化反应器的流动性能。建立了包括流动、传热和传质的反应器模型,使用有限体积法求解模型方程组,基于模拟结果分析了进口浓度、进口温度、进口流速、反应活性等操作参数对流动性能的影响,结果表明通道内速度分布仍为抛物线型;对压降的模拟结果与哈根泊谡叶方程的计算结果的比较表明,后者用于反应器压降设计偏差较大,文中分析了产生偏差的主要原因.     

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．     

十七集总催化重整反应器的稳态模拟

文中按照集总理论的指导原则 ,从催化重整反应机理出发 ,提出了包含17个集总组份的催化重整反应网络 ,建立了17集总催化重整反应器的稳态数学模型。该反应网络将重整物料按分子大小集总为C₆、C₇、C₈和C₉⁺, 每一个碳数的化合物又划分为正构烷烃、异构烷烃、环烷烃和芳香烃4个集总 ,裂化产物C₅^-作为一个集总。集总组份与组份之间主要发生烷烃脱氢环化、环烷烃脱氢芳构化、烷烃异构化和加氢裂化反应 ,简化了一些发生几率小或对过程影响小的反应。在该 17集总催化重整反应网络的基础上 ,针对一半再生式催化重整反应装置 ,建立了 17集总的轴向和径向重整反应器的数学模型 ,并以工业装置实际生产操作数据 ,采用区域约束法和Marquardt法相结合的数值方法 ,分步优化估计了模型动力学参数。模拟结果表明 ,该模型能够预测计算装置生产工况 ,得到碳六至碳九的芳烃产率分布和产品烃组成 ,并预测重整汽油辛烷值和反应器温降 ,计算结果的偏差分别小于 1.5 (RON)和5℃。因此 ,所建立模型正确地反映了反应的特性 ,对于炼油厂铂重整装置的模拟效果良好。该模型对于重整装置的实时动态模拟也有一定的指导意义。     

设置导热片对固定床反应器操作的影响

本文以苯催化氧化为工作反应,研究了管式固定床反应器中设置金属铝片作为惰性导热片对反应器操作的影响。实验表明:导热片的设置,提高了床层有效热导,使床层热点位置移前,并提高热点前的床层温度;在相似的操作范围内,产品收率提高2%;进料浓度可提高20%。同时,扩大了操作多态区,提高了反应器操作稳定性,改善了反应器的操作弹性。     

磁流化床气固两相流动的数值模拟及实验验证

建立了床体为圆筒的磁流化床筒化数学模型。采用SIMPLEC算法对此类磁流化床床内的气固两相流动进行数值模拟，并对多种运行条件下床内气固两相流动的数值模拟结果进行分析，获得了磁流化床内气固两相在偏离或接近临界稳定区域的流化特性。通过用相对应的实验装置进行实验验证。结果证明：该简化的双相模型和SIMPLEC算法对磁流化床床内气固两相流场进行数值模拟具较好的适用性和准确性。     

空气钻井潜孔钻头气固两相流数值模拟

以川渝地区油气田现场空气钻井用潜孔钻头为模拟对象,根据实体模型、底部包络面和实钻井眼建立流场模型,采用RNG k-ε方程作为气相湍流模型,用拉格朗日粒子追踪法描述固相,进行潜孔钻头的旋流场数值模拟。研究结果表明:气相在喷嘴出口形成的扇形面积小,未完全覆盖钻齿,钻齿处岩屑携带效率低;转盘转速对井底流场影响很小;钻头中心区域和切削结构中部(径向狭长区域)存在回流;流量分配不均和回流影响携岩效率和钻进速度;借鉴PDC钻头水力结构的设计思路,在潜孔钻头每个切削结构中心位置增加1个喷孔,在潜孔钻头中心增1个中心喷孔,发现改进后钻齿上分配的气量明显增加,过流流速增大,钻头中心区域回流现象基本消除,改进后结构有利于及时清除岩屑,减少重复切削,可以提高机械钻速以及延长钻头寿命。     

球团竖炉气固流动与焙烧过程耦合的三维数值模拟

基于欧拉多相流模型,建立了球团竖炉气固流动与焙烧过程耦合的三维数理模型,其中气相采用标准k-e湍流模型,固相采用颗粒动理学模型,化学反应采用氧化动力学模型.对不同工况下的焙烧过程进行三维数值模拟计算,探讨了不同操作参数对竖炉炉温和焙烧产物Fe2O3产率的影响规律.结果表明,竖炉炉温和焙烧产物Fe2O3的产率对入炉烟温、入炉烟气量和冷却风量均存在最大需求值,分别为1 400 K,65.6 t/h,7.8×104 m3/h.达到最大需求值前,炉温和Fe2O3的产率均随入炉烟温、入炉烟气量和冷却风量的增加而增加.超过最大需求值后,竖炉炉温随入炉烟温、冷却风量的增加而降低,随入炉烟气量的增加变化不大;Fe2O3的产率随入炉烟温、入炉烟气量的增加而降低,随冷却风量的增加而增加.     

搅拌式反应器内固-液两相悬浮特性的CFD模拟

制备血液净化材料蛋白A免疫吸附柱过程中,搅拌式生物反应器的优化设计与放大技术是工业开发的重要环节.该文采用标准κ蛳ε湍流模型、多重参考系法,模拟搅拌式反应器内琼脂糖凝胶溶液加入固体催化剂后,形成的固蛳液两相体系的混合和悬浮特性.分别对DT、PBTD45、PBTU45搅拌桨的固相悬浮性能进行了研究,预测了完全离底悬浮的临界转速,并与Zwietering公式进行了比较.通过数值模拟,为反应器的优化设计提供了参考依据.     

低浓度甲烷流向变换催化燃烧取热技术

采用国产负载贵金属催化剂在小型中试装置上对低浓度甲烷流向变换催化燃烧反应特性进行了实验研究。考察了床层中间不取热,从一个拟定态到另一个拟定态过渡过程中,床层轴向温度的变化,以及在达到拟定态之后同一换向周期内不同时刻反应器内温度的轴向分布特征。结果表明,甲烷流向变换催化燃烧反应床层的热量是随着反应的进行逐步累积起来的,并且换向周期是一个重要的操作参数。在此基础上,考察了床层中间取热条件下,拟定态床层轴向温度分布特征,并将其与中间不取热温度分布特征进行了比较。结果表明,取热能明显降低热波峰值,防止催化剂被烧坏,并且在一定条件下反应仍能维持自热操作,并能回收一定的热量。