微反应器中甲醇-水蒸气重整制氢三维模拟

为考察进口温度、速度和水醇比对微反应器中甲醇-水蒸气重整制氢过程的影响,利用计算流体力学软件FLUENT中的通用有限速率模型对自行设计的平板微通道反应器中甲醇-水蒸气重整制氢进行了三维数值模拟.反应动力学采用甲醇分解和蒸气重整双速率幂函数模型.计算表明,在反应物进口速度为2.88 m/s、进口温度为493 K和水醇比为1.3的反应条件下,反应器出口转化率达79.8%.通过模拟可以看出微反应器能够在较大的反应物流量下保持较高的出口氢气含量和较高的甲醇转化率.     

甲醇水蒸气重整制氢过程的优化分析

为强化甲醇水蒸气重整制氢反应过程,以出口甲醇转化率和氢气含量为目标考察了反应器中催化活性梯级分布和均匀分布对制氢效果的影响.利用计算流体力学软件FLUENT中的通用有限速率模型对反应器进行了二维数值研究.计算表明,可通过催化活性由低到高的梯级分布提高反应器出口甲醇转化率和氢气含量.与活性均匀分布相比,反应器中的冷点温差降低了10K,实验表明反应器出口H_2含量提高约8.5%,CO含量降低约0.19%.     

平板微反应器内甲烷－湿空气催化重整的数值分析研究

建立了二维稳态多组分传输反应的模型,对平板微反应器中Rh催化剂涂层上甲烷-干、湿空气催化重整制合成气进行了数值计算,并分析了采用湿空气时反应通道长度和高度对重整性能的影响.结果表明:进口速度低于2 m/s时,采用湿空气可提高甲烷转化率和产氢率,反应器出口的温度降低以及减少积碳的发生;采用湿空气时,反应通道长度增大,甲烷的转化率提高,出口氢气含量增大,出口温度相应地降低;反应通道高度增大,甲烷的转化率降低,出口氢气的含量减少,出口温度升高.     

超临界条件下液相甲醇合成过程研究

在压力6.0～7.0MPa,温度235～260°C,气体质量空速450～1400L/(kg·h)的实验条件下,以液体石蜡为惰性液相热载体,采用所筛选的正己烷作为超临界介质,于加压机械搅拌反应釜中,对催化剂C302-2进行了介质处于超临界状态的三相浆态床液相甲醇合成过程研究。结果表明:在低空速下,CO、CO2和H2的转化率以及甲醇出口摩尔分率均高于相应实验条件下气-固两相反应的平衡转化率及甲醇出口平衡摩尔分率,即超临界介质正己烷的引入起到反应-分离耦合作用,转移了液相甲醇合成过程可逆放热反应热力学平衡对转化率的限制,提高了合成气单程转化率及甲醇出口摩尔分率。     

超低浓度甲烷气体催化燃烧数值模拟

使用FLUENT软件对超低浓度甲烷气体在壁面涂有Pt/Al2O3催化剂的蜂窝型燃烧器微通道中的催化燃烧情况进行数值模拟,计算分析入口甲烷浓度,催化壁面温度以及燃料入口流速对甲烷转化率的影响。结果表明,随着入口甲烷浓度的增大,催化壁面温度的升高和燃料入口速度的降低,甲烷转化率会增大。当燃料入口流速为0.1m/s,甲烷体积浓度为1%,壁面温度为950K时,甲烷转化率可以达到97.0%。     

温度对天然焦蒸汽气化特性的影响

在小型流化床实验装置(φ50 mm、高1.6 m)上,考察了温度对沛城煤矿天然焦蒸汽气化产气量、碳转化率、煤气热值和煤气组分的影响,并与ASPEN PLUS模拟结果进行了对比.实验结果表明:反应温度是影响气化反应的主要因素,温度升高,煤气组分中H2和CO2含量下降,CO含量增加;当气化反应温度从850 ℃提高到1 000 ℃,碳转化率从10.25%提高到47.76%,产气量增加了4.3倍;H2和CO2的含量由63.0%和25.0%减少到59.8%和20.2%,CO含量由9.6%增加到18.5%;煤气热值从8.87 MJ/m3增加到了9.33 MJ/m3.应用ASPEN PLUS软件模拟天然焦-蒸汽气化反应过程,同时考虑碳转化率,其模拟结果与实验数据接近,误差在可接受范围内,因此ASPEN PLUS模拟对系统设计与优化具有参考意义.     

用直接模拟Monte Carlo方法计算微通道的流动与换热

应用直接模拟Monte Carlo(DSMC)方法模拟了平行板微通道中进口流速较低时的气体流动，应用质量守恒来处理进出口的压力边界,所模拟流动的Knudsen数的范围是0．05～1．00，涉及了滑移区、过渡区和自由区,计算了来流与平板等温以及平板时称加热两种工况，揭示了压缩性与稀薄性对所研究微平行板通道中流动与换热的影响．研究结果表明：①随着Knudsen数增大，沿程压力变化的非线性逐渐减弱，沿程速度变化与温度变化都趋于平缓，速度滑移量和温度跳跃量增大；②沿程温度变化在进出口处较为明显；③气体在微通道内的换热主要集中在进出口处，在通道中部换热很弱。     

非平衡负离子方法还原CO_2合成乙醇

常压下,利用直流负电晕放电技术使CO2和水蒸汽合成燃料。结果表明:在反应温度105oC、气速0.05 L/min、放电频率10.245 k Hz、水的进料流速3.43 m L/min时,CO2的转化率为15.9%,乙醇和甲醇的产率分别为3.21%和2.23%。此外,探讨了磁场对反应的影响并对CO2和水蒸汽合成乙醇的反应机理进行了初步的研究。     

甲醇催化重整制氢反应器的二维模拟及管径的选取

以甲醇裂解和甲醇水蒸气重整制氢作为平行的独立反应,CO、CO2为关键组分,建立了甲醇催化重整制氢反应器的二维数学模型,用正交配置法计算了催化床内各组分浓度及床层温度随径向和轴向的分布。考察了反应管管径变化对反应器性能的影响。在整个床层催化剂装填量及反应操作条件均不变的情况下,反应管管径增加,催化床层的出口温度降低,径向温差加大,氢气的时空产率略有降低,但所需的反应管根数迅速减少。     

Swiss-roll燃烧器传热特性的模拟和试验研究

建立了用于处理煤矿通风瓦斯的Swiss-roll燃烧器的二维湍流热平衡模型,求解模型方程得到了换热通道的温度分布,分析了进口流速、通道尺寸、燃烧室直径对传热特性的影响,并通过试验验证模型的合理性.结果表明,在甲烷体积分数为1%时,反应区温度达1346 K;通道宽度对反应区温度的影响最大而进口流速的影响最小;改变进口流速和换热通道尺寸能改善燃烧器的部分性能同时又会不利于另一些性能,在燃烧器的设计中,应根据实际情况,综合考虑温度、流阻、成本等因素来选择合适的参数.     

矩形微通道内滑移区气体流动换热的数值模拟

在等壁温边界条件下对矩形微细通道速度滑移区的对流换热进行了二维数值模拟、在一阶速度滑移和温度跳跃的边界条件下，计算出了通道内的速度和温度以及压力分布。比较了不同克努森数Kn对于滑移速度和跳跃温度的影响。结果表明，由于气体的稀薄性，压力呈现更加线性化减小的趋势，随着Kn的增加，通道入口与出口处的滑移速度和跳跃温度至现增加的趋势。在通道入口附近，气流速度和温度变化剧烈，而在出口处截面平均流速和温度随加的增加而降低．     

新型纽扣式涡喷发动机燃烧室数值模拟

为了给超微型燃烧室提供数据参考,对设计的某微型燃烧室的稳态燃烧过程进行数值模拟。采用三维建模,入口参数采用等熵数值计算,考虑了湍流化学反应、热辐射等情况,不仅得到燃烧室稳态工作时的速度场、温度场及各组分浓度分布,而且分析了燃料/空气的流动与回流、燃烧效率以及总压恢复系数的情况,并与实验数据进行对比。计算结果可以较为准确地反映燃烧室的实际燃烧情况。结果表明,燃烧室出口速度约为65m/s,出口温度约1000K,仿真与实验数据契合度高,燃烧室结构设计合理。      

不可压缩流体周期性流动格子波尔兹曼的边界处理

提出了一种新的周期性边界处理方法,用于处理格子波尔兹曼(lattice boltzmann)方法中压力驱动不可压缩流体周期性流动的边界条件。当压力驱动的不可压缩流体充分发展时,可以在周期性截面上直接用压力梯度而不是采用当量体积力的常规周期性边界处理方法,来确定周期性流动截面上的粒子分布密度。应用所提出的压力驱动不可压缩流体周期性流动的边界处理方法,对二维压力驱动下充分发展的泊肃叶流(poiseuille flow)和周期性方柱扰流进行了数值模拟。结果表明:该周期边界条件处理方法能够很好地保持系统周期性,在其宏观的周期性边界截面上产生了连续的压力分布,真正地实现了直接压力驱动不可压缩流体周期性流动条件下的所有特征。     

进鱼口水深不足时竖缝式鱼道水力特性及进出口允许最大水深差

为研究竖缝式鱼道进鱼口水深不足时鱼道进出口允许最大水深差，构建了鱼道整体数学模型，对鱼道流速、流态、水面线等进行了数值模拟分析。结果表明：当进鱼口水深不足时，上游段水深与出鱼口水深一致，流速稳定；中间段水深开始缓慢下降，流速逐渐变大；下游段水深急剧下降，流速迅速变大，在进鱼口处出现跌水，流速出现最大值。当鱼道坡度相同时，出鱼口水深与进出口允许最大水深差呈线性关系，出鱼口水深越大，进出口允许最大水深差越大；当出鱼口水深相同时，鱼道坡度与进出口允许最大水深差也呈线性关系，鱼道坡度越陡，进出口允许最大水深差越小。     

烧结矿竖罐内气固传热过程数值模拟与优化

以某钢铁企业360 m~2烧结机年产390万t烧结矿为研究对象,建立了竖罐内气固传热过程的数学模型,模拟研究了影响竖罐内气固传热过程的主要因素及其影响规律,得到了竖罐适宜的操作参数.研究结果表明:随着气体表观流速的减小和空气进口温度的增加,烧结矿出口温度和空气出口温度均逐渐增加;烧结矿颗粒直径的减小导致烧结矿出口温度的降低和空气出口温度的增加.竖罐适宜的操作参数为:空气进口标况流量45.5万m~3/h,颗粒当量直径0.025 m,空气进口温度130℃.     

用Lattice Boltzmann方法计算矩形柱的绕流问题

采用二维9速度Lattice Boltzmann模型, 数值模拟流体流过矩形截面柱体的绕流问题. 在边界处, 采用二阶精度的插值边界处理方法, 计算了流动的Strouhal数及柱体受到的升力和阻力系数, 给出了流场的流线和等涡线图. 使来流方向与矩形柱的长边方向平行, 计算结果表明, 改变矩形的长/宽比, 流场的Strouhal数随长/宽比呈线性变化.     

进气畸变对大涵道比发动机压气机中介机匣性能的影响

大涵道比涡扇发动机中的压气机中介机匣内存在流动分离,由此造成的损失和出口流场畸变对航空发动机的性能有重要影响。通过根部安装20%高度的扰流器以模拟径向进气畸变,对一台大涵道比涡扇发动机的压气机中介机匣开展了畸变影响气动性能的实验研究。实验结果表明：进气畸变导致进口截面的总压恢复和损失系数相较于均匀进气分别下降了0.684%和增加了9.74%;总压和和总温在通道整体高度40%以下区域亏损严重;在出口截面,进气畸变导致总压波动幅度大且40%高度以下存在低压区;出口总温由于气流的掺混明显高于均匀进气条件,出口速度明显降低。畸变气流通过中介机匣后,总温和总压分布较进口的畸变度下降且分布更加均匀;相较于进口畸变总压约30%的波动量,在出口处已经减小到了约10%。可见中介机匣对进口径向畸变沿流向的发展有明显改善作用。     

露点间接蒸发冷却器性能测试研究

对露点间接蒸发冷却器实测情况进行数据分析．结果显示，露点式冷却器可以使出口干球温度在进口湿球温度以下．固定进口湿球温度时，随进口干球温度的增大，出口干球温度和温降增大，效率降低；固定进口干球温度时，随进口湿球温度的增大，出口干球温度增大，温降和效率减小，并且随进口相对湿度的增大，出口干球温度增大．进出口干球温差随进口干湿球温差的增大而增大．该冷却器一、二次风量比最佳值为1．5．     

连铸喷嘴气路加速环对喷嘴出口处液相运动与分布的影响

为获得更好的高速连铸二冷区铸坯冷却效果,本文提出在气-水雾化喷嘴气路通道内增设加速环装置。根据生产工艺条件,利用Fluent软件建立了优化前后气-水雾化喷嘴的三维气-液两相流模型,分析了喷嘴进水压力和进气压力对喷嘴出口处液相速度和液相体积分数分布的影响。结果表明,本文计算条件下,当喷嘴进水压力一定时,随着进气压力的增加,喷嘴出口处液相速度显著增大,液相体积分数呈减小趋势;当喷嘴进气压力一定,随着进水压力的增加,喷嘴出口处液相速度减小,液相体积分数整体呈增大的趋势;相同工况条件下,喷嘴气路设置加速环后,喷嘴出口处的液相速度分布较优化前更稳定,液相分布均匀性得到改善。