Oslo结晶器晶体粒径分布特征的CFD模拟

采用计算流体力学的研究方法,通过多分散相模拟技术,研究同一液体流场内不同粒径晶体在Oslo结晶器内的分布规律,并对结晶器进行了分区域考察.结果表明:在适宜的循环液体流速下,在结晶区域可实现稳定的晶体粒径分布;循环速率与要求的晶体粒径直接相关;在变径区域可实现晶体的粒径分级,控制循环液体中的晶体粒径和晶体悬浮密度.此研究结果可为进一步了解Oslo结晶器内结晶过程的进行和结晶器的设计提供参考.     

间歇冷却结晶过程的CFD-PBM数值模拟

溶液结晶是一项重要的工业操作，被广泛用于各个领域.针对扑热息痛-乙醇体系，结合计算流体动力学、结晶动力学和粒数衡算模型建立了CFD-PBM耦合模型，模拟搅拌结晶器中的间歇冷却结晶过程.与实验进行对比表明，模拟结果和实验结果有较好的一致性.探究晶种加入、破碎过程、搅拌速度和降温速率对粒度分布的影响，得出如下结论：适当加入晶种可以避免新晶体成核造成的高过饱和度，从而获得具有平均粒径大、颗粒数多的粒度分布；采用合适的破碎模型，考虑更为全面的结晶动力学模型，能够提高产品粒度分布的预测能力；随着搅拌速度增大，颗粒数增加，颗粒的平均粒径减小；线性降温速率减小，产生的颗粒数减少，但颗粒的平均粒径增大.     

Ca(OH)_2–H_2O–CO_2系统气液反应结晶实验研究

通过实验方法研究饱和氢氧化钙溶液与CO_2反应结晶生成碳酸钙沉淀的过程.研究不同操作条件对体积传质系数、反应结晶速率以及产品最终粒度分布的影响.实验结果表明:气液体积传质系数随着搅拌速率与气体流量的增加而增加;反应结晶速率随着搅拌速率、气体流量与CO_2体积分数的增加而增加;而晶体平均尺寸随着搅拌速率和CO_2体积分数的增加而降低;气体流量对晶体的粒度分布无显著影响.碳酸钙晶体同时存在生长与聚并现象.     

流化床结晶器中流体动力学状态影响因素的分析

使用计算流体力学(CFD)的方法,对流化床结晶器(FBC)内的流体动力学状态进行了研究.模拟采用多相流模型,将溶液定义为连续相,颗粒定义为分散相,考察了不同颗粒密度在不同黏度的溶液中的悬浮状态及流场分布.结果表明:随着颗粒密度的增加,同一结晶器高度的固相体积分数是增加的;溶液黏度的变化对液相流速和固相体积分数的影响不明显.     

地塞米松磷酸钠的反应结晶动力学

利用连续稳态法在混合悬浮混合产品排除(MSMPR)结晶器中研究了地塞米松磷酸钠反应结晶动力学。以粒数密度衡算方程为基础，由实验得到的晶体粒度分布数据，采用非线性最优化方法直接进行参数估计，确定了地塞米松磷酸钠晶体的成核和生长速率方程．动力学方程的分析结果表明，地塞米松磷酸钠晶体生长速率与粒度相关，合适的过饱和度、悬浮密度和温度是得到理想地塞米松磷酸钠晶体的关键因素．     

超细分级机进料管内颗粒分散的数值模拟

采用欧拉-拉格朗日模型对超细分级机进料管内的气固两相流进行了数值模拟。通过引入颗粒浓度分布不均匀度,建立了颗粒分散性的评价方法,对比分析了导流片数量、尺寸、间距分布形式、入口风速、入口固体浓度、粒径对颗粒分散性的影响。结果表明:导流片的添加能提高颗粒的分散性;随着入口风速的提高,颗粒分散性逐渐提高,当风速大于13.6m/s时,分散性变化不大;随着入口固体浓度的增加,颗粒分散性降低;随着粒径的增加,颗粒浓度分布不均匀度增加,颗粒的分散性变差,当粒径大于50μm时,颗粒分散性基本不变。     

蒸发结晶系统传热传质规律的研究

工业蒸发结晶是一个复杂的多相传热与传质过程,其传热传质规律直接决定着晶体的成核和生长,并最终决定产品的粒度分布。根据双步结晶理论,对蒸发结晶的成核和生长动力学进行分析,建立了成核和生长的理论模型。该模型准确描述了蒸发结晶的生长规律,对其中参数的求取和分析可以确定结晶的控制步骤。研究以氯碱工业中烧碱提纯单元NaCl蒸发结晶为例,通过对模型参数的求取,分析NaCl蒸发结晶过程的控制步骤。结果显示,在高温和低流速下,NaCl结晶受扩散过程控制。从而以扩散控制理论为基础,建立了NaCl蒸发结晶的传质传热模型。综合考虑了温度、流速、过饱和度、晶体粒度对结晶粒度分布的影响规律,建立了涵盖各个参数的数学模型。结合粒数衡算,进行了模型计算,得到结晶粒度与操作参数的关系。模型计算结果与实际结果吻合良好,表明该模型可以很好地表示蒸发结晶过程中各操作参数对结晶粒度分布的影响规律。     

基于两相流欧拉方法的中空纤维管血流动力学数值模拟

对人工肝中空纤维管内血液两相流动进行了三维数值模拟,研究了中空纤维管内血流速度分布、红细胞径向体积分数分布、黏度分布以及壁面条件对红细胞体积分数分布的影响.结果表明,红细胞在轴心附近处黏度高,在壁面处黏度低;红细胞流速略大于血浆流速;红细胞沿径向体积分数分布呈双峰状,随各截面与入口距离增加,邻近壁面处的红细胞体积分数逐渐减小,壁面处的红细胞体积分数逐渐增大;不同壁面条件下,壁面处的红细胞体积分数随所受升力减小而增大,远离壁面运动趋势减弱.     

板坯连铸结晶器内非对称流动现象的数值模拟

基于流体力学基本原理,采用Fluent软件建立板坯连铸结晶器及浸入式水口的三维有限元体积模型,模拟研究了水口不对中和水口单孔结瘤条件下结晶器内流体的流动特征和温度场分布状况.结果表明:水口对中不良时,结晶器两侧回流明显不对称,液面会产生旋涡,水口偏向侧温度高于水口偏离侧;水口出口单孔结瘤时,未结瘤侧流股增强,液面流速增大,并且液面有涡流产生,结瘤侧新鲜钢液减少,温度偏低.     

基于DDPM的螺旋离心泵磨蚀特性分析

应用雷诺涡黏模型、DDPM(density discrete phase model,稠密离散相模型)及颗粒直径Rosin-Rammler分布方法,以黄河含沙水为介质,对一台100LN-7型螺旋离心泵内固液两相流动进行全三维数值模拟,并与基于Mixture混合多项流模型的泵内两相流动数值模拟结果进行对比分析,得到不同粒径和固相体积分数对应的泵过流部件的磨蚀规律及磨蚀强度.结果表明:颗粒混合状态不同会形成不同的粒径分布,混合粒径中平均粒径增大导致叶片进口边及工作面轮缘线附近磨蚀强度增大,平均粒径为1mm时整台泵过流部件磨蚀率达到最大值,平均粒径继续增大磨蚀率反而降低;固相体积分数的增大使整台泵过流部件的磨蚀强度显著提高,叶片背面较其他部位磨蚀强度大;Mixture模型下固相体积分数较高部位与稠密离散相模型下颗粒磨蚀部位相对应,局部区域存在较高体积分数的固相颗粒增加了过流部件表面发生磨蚀的几率,但DDPM模型数值模拟表明只有部分颗粒参与局部区域的塑性磨蚀.     

一种涡流除雾器的实验与数值模拟研究

为了解决火电厂使用的折流板除雾器对小粒径雾滴脱除效果差的问题,提出一种新型的涡流除雾器,通过在除雾器中产生涡来使流场复杂,从而增加对小粒径雾滴的脱除效果。通过数值模拟方法研究涡流除雾器和折流板除雾器,并且通过实验对数值模拟进行验证。研究结果表明:当流速为3~7 m/s时,涡流除雾器的总除雾效率比折流板除雾器的总除雾效率大10.8%~29.8%;当流速为3~7 m/s时,涡流除雾器对于20μm雾滴的除雾效率便能达到90%以上;涡流除雾器对小粒径雾滴的脱除效果比折流板除雾器好,如当粒径为10μm时,涡流除雾器的效率比折流板除雾器大17.8%~18.2%;涡流除雾器的压降要比折流板除雾器大,当流速为3 m/s时,差值为193 Pa,而后差值随着流速的增大而增大。     

风沙环境对风力机气动性能的影响

风沙环境中，沙尘会对风力机气动性能产生影响。基于欧拉双流体模型，研究来流风速10m/s的情况下，不同的沙粒体积分数、粒径对翼型du93,s802和s803升力的影响。结果表明：在一定范围内，随着沙粒的体积分数增大，叶片的升力大小呈线性增加，其中s803翼型增幅最明显，达到16.74%;du93翼型增幅最小，为14.62%;沙粒的粒径对叶片的升力影响微弱，可忽略不计；三种翼型中s803产生的升力最大，s802次之，du93气动性能最差。研究结果对风沙环境下，风力机翼型选取具有指导意义。     

矿渣微粉颗粒分布与其水泥流动性的灰色关联

采用不同粉磨时间的方法将水泥和矿渣磨成不同细度的试样 ,用激光粒度仪检测其颗粒群分布 ;采用灰色关联分析方法研究矿渣微粉的颗粒群分布对矿渣水泥胶砂流动性的影响 .结果表明 :当水泥颗粒较细时 ,粒径小于 4 0 μm的矿渣颗粒的体积分数的增加对胶砂流动度起积极作用 ,其中以 2 0～ 4 0 μm的关联度为最大 ;当水泥颗粒较粗时 ,粒径大于 1 0 μm的矿渣颗粒的体积分数的增加对胶砂流动度起积极作用 ,其中以 1 0～ 2 0 μm的关联度为最大     

硫酸铵工业尺寸结晶器的拉哥朗日多相CFD模拟

反应器内流体的流动行为和硫酸铵晶体粒子的悬浮情况,是设计工业生产硫酸铵反应器的关键.通过测定硫酸铵晶体的粒度分布(CSD),计算出硫酸铵晶体粒子恰好悬浮时的搅拌速率为100 r/min.针对一个为实际工业生产设计的连续结晶器,进行计算流体力学(CFD)模拟,得到其稳定的单相流场,并与200 r/min搅拌速率的流场进行对比.引入拉哥朗日离散相模型,进行两相流CFD模拟,验证不同粒度的硫酸铵晶体粒子在100 r/min搅拌速率下在连续结晶器内的悬浮效果.模拟结果表明设计的硫酸铵连续结晶器是合理的.     

工业结晶器内流体流动过程的数值模拟

对某无机盐工业结晶反应器中的流体流动过程进行了三维数值模拟,采用多重参考系法(MRF)及标准k-ε模型,分析了桨型、转速、桨的安装高度对结晶器流场的影响情况。计算结果表明:速度分布主要集中于内导流筒内部以及内、外导流筒之间的区域,相应地,结晶器被粗略地划分为对反应结晶过程具有不同作用的两个区域——内导流筒内速度较大的循环区和外导流筒外速度较小的沉降区。通过对循环区和沉降区的速度分布比较,认为推进式搅拌桨的流体流场速度云分布均一性要好于其他型式的搅拌桨,其最佳安装高度为3.5~5.7 m。在合适的搅拌速率下,结晶器沉降区的流体流动速率具有均匀向上的特点,可以有效带出部分小粒子,有利于获得大粒度产品。通过流动过程的数值模拟获得详细的流场分布及操作参数,为结晶器结构和操作参数优化提供了理论指导。实践表明:优化后的产品粒度显著提高,产品中大于0.2 mm的粒子从优化前的不足50%提高到优化后的90%以上,干燥产品的天然气消耗从优化前的22 m3/t降低到优化后的15m3/t,节能降耗效果显著。     

谷氨酸阴离子和晶种对晶体成核与生长的影响

研究了谷氨酸阴离子（Ｇ－）和晶种对其晶体二次成核与生长的影响．结果表明成核速率随晶种粒度和晶种量减少而减少；在高过饱和度时Ｇ－对成核有促进作用，而在低过饱和度时则有抑制作用；晶体生长速率随粒度减小而增大；Ｇ－对晶体生长有抑制作用；结晶时使用粒度小的晶种可得到粒度分布较均匀的晶体．     

水平弯管内水合物浆的流动特性

 为了掌握水平弯管内水合物浆的流动特性,采用基于颗粒动力学理论的欧拉双流体模型进行建模研究,其中RNG k-ε 模型用于模拟湍流运动,液固两相间的曳力体现相间耦合作用。结果表明,弯头处出现了明显的二次流现象,且速度最大值分布在偏向内侧横截面上;颗粒增大了管内水合物浆湍动能,并使弯曲段的浆液湍动能分布更均匀,弯管和水合物的存在对压能损失产生影响。在相同的水合物体积分数下,浆液压力梯度随平均流速的增加而增大;在相同的流速下,浆液压力梯度随水合物体积分数的增加出现了缓慢增长区、过渡区和快速增长区。为了对堵塞风险进行有效预警,除了考虑平均流速等因素,还需要从水合物生长过程中微观特性变化的角度对压降分区和流变多样性进行探索。     

氯化钾结晶器的数学模型

本研究以光卤石冷分解制取的粗钾为原科,在有效体积为200升的DTB型结晶器内,模拟二级结晶进行了研究。用Coulter Counter粒度计进行样品分析,取得了捌佰余分析数据,并应用了GASS-NEWTON多元非线性回归参数最优化方法,确定了KCl二次成核动力学参数,并建立了KCl工业结晶器设计的数学模型。     

喷水推进器进水流道在来流含气条件下的内部流动特性分析

为了研究喷水推进器进水流道在来流含气条件下的内部流动特性,以轴流式喷水推进器为研究对象,对喷水推进器在不同来流含气条件下进行全流域定常数值仿真,得到了不同来流含气条件下进水流道各截面气相体积分数分布特征和不均匀度变化规律.计算结果表明：在低航速区间时,进水流道内流量小、流速低,受管道几何结构影响,下部弯管处流体堆积现象明显,随着航速的升高,流量增大、流速提高,流体在上部弯管处产生流动分离,导致堆积区向上部弯管转移;在来流含气条件下,进口含气率和气泡直径的增大,会导致气液两相干涉作用变强,造成气体堆积现象加剧,影响流面的不均匀度.     

环境因素对复合绝缘子积污特性的影响

复合绝缘子在电力系统中被广泛应用,研究复合绝缘子积污特性与影响因素对降低绝缘子污闪事故的发生有着重要意义。基于FXBW4-10/100型复合绝缘子,建立了欧拉双相流绝缘子积污模型,对不同风速、粒径、浓度下绝缘子的表面积污特性进行研究。结果表明：污秽颗粒主要集中在绝缘子的迎风侧以及背风侧,绝缘子侧风侧积污较少;下表面积污体积分数高于上表面;随着风速的增加,绝缘子迎风侧与背风侧积污体积分数逐渐增大,侧风侧的积污体积分数先增加后减小;绝缘子表面的污秽程度随颗粒浓度的增加近似呈线性增加,整体积污均呈伞形分布;背风侧的积污程度随着颗粒粒径的增加呈现先增大后减小的情况。