二氧化硫催化氧化反应器流向变换周期操作模型解的存在性和有界性

利用不变区域方法,证明了二氧化硫催化氧化管式反应器流向变换强制操作模型整体解的存在性和一致有界性。     

流向变换反应器方程组模型解的大时间性态研究

对流向变换反应器周期操作的非线性反应-对流-扩散偏微分方程组数学模型解的大时间性态进行了分析,定义了对应于此方程组模型的循环定态问题的弱解,在比较符合实际情况的假设条件下,证明了对应的循环定态问题的弱解存在,且时间趋于无穷时模型的解趋于此循环定态问题的弱解。     

流向变换反应器模型解的大时间性态的研究

流向变换反应器周期操作模型一般为非线性反应对流-扩散方程的新型定解问题。利用抛物型方程的极值原理得出的方程解的最大模估计,对单方程的流向变换反应器模型解的大时间性态进行了一些分析,证明了当反应交换项关于浓度或温度变量单调递减时其循环定态解的存在性,并且当t→∞时,模型解会趋于循环定态解。     

空间一维的流向变换反应器模型循环定态解的存在性

流向变换反应器周期操作的模型一般为非线性反应-对流-扩散方程的新型定解问题.利用抛物型方程组的最大值原理得出的方程组的解的最大模估计,对空间一维的流向变换反应器模型解的大时间性态进行了分析,证明了反应交换项满足一定条件时其循环定态解的存在性,并且当t→∞时,模型解会趋于循环定态解.     

流向变换合成甲醇最低自热浓度的确定

低浓度自热反应是流向变换技术不同于传统操作的一个重要特点。通过在压力2.0MPa,温度220℃,MK101铜基催化剂的条件下,用4种不同浓度的CO-H₂-CO₂合成气进行了流向变换合成甲醇的实验,得出了流向变换自热合成甲醇最低CO摩尔分数为0.05%的结论。     

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。     

流向变换催化氧化技术的研究与工业应用

低浓度反应物催化氧化反应技术是流程工业、资源与环境工程中一个经常遇到的、重要的共性技术。多年来,北京化工大学工业催化与反应工程研究室对这一领域中一种先进的过程强化技术——流向变换催化氧化技术进行了系统的应用基础、技术开发与工程放大研究。相应地,在结构化催化剂制备、流向变换催化氧化反应器的操作特性、反应/换热系统的过程模型化、模型微分方程组的数值解法与控制技术等方面都做了一系列工作。在此基础上,与协作单位合作,对煤矿乏风（VAM）制热并脱除大量低浓度甲烷、煤制油流程中脱碳塔尾气脱除挥发性有机物（VOCs）等相关技术进行了工程化开发,最终集成为流向变换催化氧化成套技术并实现了工业化和工业装置的长周期、稳定、达标运行。     

MSPCA在流向变换催化燃烧过程监测中的应用

针对PCA单尺度建模的局限性,综合应用小波分析和主元分析PCA,将小波分析提取变量局部特征的能力及主元分析分解变量线性关系的优势结合起来,引进新的多元统计过程监测工具MSPCA,并将其应用于温度周期化的流向变换催化燃烧过程。研究表明,与PCA相比利用MSPCA可以更有效地监测到过程的异常状况。     

光学Haar小波变换的数值模拟

以Haar小波为例,对光学小波变换过程进行数值模拟．模拟程序包含原图像的读取、Haar小波的构造、频谱变换、空间匹配滤波等内容,能够模拟Haar小波对图像边缘增强过程．通过改变Haar小波的宽度,分析了不同尺度小波的光学变换结果．同时,还提出了Haar小波的二次滤波方法,图像的边缘得到进一步增强．     

单机变换喷射器辅助通风数值模拟

为解决爆破后产生的大量有害气体对巷道的污染问题,提出喷射器辅助单机变换通风方式。即正常情况下采用压入式通风,爆破时变压入式为抽出式并用喷射器辅助通风,形成喷射器压入、风机抽出的混合式通风方式,使污浊气体由风筒排出。利用流体软件模拟50和100 m炮掘巷道通风情况,结果表明：喷射器辅助单机变换通风分别在40和50 s排出炮烟,与压入式通风相比,该方法排烟时间短,炮烟污染巷道轻,对于长距离巷道,效果更加明显。喷射器辅助单机变换通风方式对炮掘巷道是可行的。该研究为解决爆破后通风提供了理论依据。     

平壁附近钝体绕流的数值模拟

采用有限差分法,模拟粘性流绕平壁面附近的圆柱的流动。流动方程采用涡量-流函数形式。涡量输运方程采用ADI方法求解,流函数方程采用SOR方法求解。计算网格采用椭圆型贴体曲线网格技术数值生成。考察了缝隙比（e/D)对圆柱尾流的影响,得到了与实验基本符合的结果。     

化学气相浸渗反应器内气体流场的数值模拟

控制化学气相浸渗(CVI)反应器内的反应气体流场是获得理想沉积物的关键技术之一, 通过建立质量守恒、动量守恒、能量守恒和化学反应守恒4个微分方程及其边界条件, 采用有限单元法对CVI反应器中复杂且不可观察的气体流场进行数值计算. 数值计算结果表明, 喷嘴形状及其与衬底相对位置对流场形貌有显著影响. 采用π/6的斜口喷嘴, 并使其中心轴线与通过它和圆柱形衬底交点切线的夹角为π/6时, 反应器内基本消除了回流.     

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。     

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).     

柠檬酸发酵罐内气泡流的数值模拟分析

运用气泡多相流MUSIG(multiple-size-group)数学模型,以100 m3的传统柠檬酸发酵罐内的搅拌、气泡运动过程为研究对象,针对直径为20、5、0.5 mm的3种典型气泡尺寸组,采用CFD技术数值模拟出罐内的湍流速度场、气泡体积组分空间分布场.探讨了不同的通气量对气泡体积分布的影响规律性,分析了发酵罐内溶氧浓度低的主要原因,为认识与改善发酵罐内的溶氧率提供了理论依据.     

应用反转法及坐标旋转变换设计凸轮廓线及Matlab仿真

在凸轮机构设计中，解析法是一种精确的方法．但解析法的工作量大，设计周期长．为此应用反转法及坐标旋转变换建立凸轮廓线设计数学模型，并基于Matlah环境下对凸轮从动件运动规律和轮廓线进行仿真．仿真结果表明，本方法设计简单、操作简单、速度快、精确度高、即时得到所要的坐标值的特点，大大提高凸轮设计的效率．     

煤粉燃烧两相流的数值模拟

由于煤粉燃烧受热面区域的气固两相流场测量难度大,为预测煤粉燃烧炉内部流场与两相流浓度场分布规律,以FLUENT为平台,建立了煤粉燃烧炉模型,用PDF来定义燃料成分,气相湍流流动采用标准的k-ε方程模型,气相为无滑移边界条件。颗粒相采用随机轨道模型。利用有限差分法来离散微分方程,对控制方程的求解采用SIMPLE算法。得到了燃烧炉内部温度场,煤液化率的分布规律及煤粉的颗粒轨迹。揭示了挥发分释放与燃烧的过程,剖析了焦炭的燃烧机理,为煤粉在分解炉内的优化燃烧提供了重要的理论参考依据。模拟结果有助于煤粉炉改造和节能。     

混合层流动的数值模拟

对混合层流动进行了数值模拟。采用了离散涡方法。计算中采用扩散速度法处理粘性作用项。计算结果表明：与通常采用随机涡方法或核膨胀法处理粘性作用项相比,采用扩散速度法的计算结果与实验更吻合,同时更准确地反映了混合层流动的自相似性。在混合层流动中,邻近大尺度涡结构之间存在着连续不断的合并;采用二维离散涡方法预报的横向脉动速度均方根大于实验值是由二维离散涡方法忽略了真实流动的三维特性引起的。