多孔介质反应器的数值模拟

利用专业的多物理场耦合软件(COSMOL Multiphysics)对多孔介质反应器模型内的不可压缩流场进行了仿真模拟,计算过程中采用软件中的自由和多孔介质流动和稀物质的传递内置模块,得到了多孔介质反应器内中各组分的浓度场﹑速度场及压力场分布。该模型验证了自由和多孔介质流体在固定床反应器中的耦合。利用后处理软件对计算结果进行分析,为其后期的工业开发提供了理论依据。     

渣油催化裂化工业提升管反应器的数值模拟

应用渣油催化裂化提升管反应器三维气固两相流动,传热及反应的数值模型,对工业提升管反应器进行了全面系统的数值模拟计算,得到了提升管反应器“灰管”内部的流动、传热及催化裂化等信息,初步揭示了 经裂化提升管反应器内部流动、传热及反应过程之间高度耦合、相互影响的基本特征。／     

HVPE反应器内输运现象的数值模拟研究

对用于制备GaN的具有同心圆喷头的HVPE(氢化物气相外延)反应器内的输运现象进行了三维数值模拟研究.在模拟计算中,分别改变总载气进口流量、同心圆喷口进口流量、重力、压强等条件,得到反应器内流场、温场、浓度场的相应变化.根据对模拟结果的分析,得出输运过程的优化条件为:尽量减小总载气进口流量,适当增大同心圆喷口的双进口流量,并降低反应室内的压强.     

渣油催化裂化工业提升管反应器的数值模拟

应用渣油催化裂化提升管反应器三维气固两相流动、传热及反应的数值模型,对工业提升管反应器进行了全面系统的数值模拟计算,得到了提升管反应器“灰箱”内部的流动、传热及催化裂化等信息,初步揭示了催化裂化提升管反应器内部流动、传热及反应过程之间高度耦合、相互影响的基本特性。模拟结果表明,在提升管内气固两相沿轴向、径向和切向都存在着浓度、速度及温度变化梯度,这是造成催化裂化反应速度分布不均匀的主要原因。提升管的进料段是裂化反应最复杂的区域。在喷嘴上方５～１０ｍ处原料油反应基本结束,柴油产率最大值出现在提升管中下部,汽油产率最大值出现在中上部。提升管出口处反应温度及各组分浓度的模拟计算值与工业装置数据相一致,这说明该模型对工业提升管反应器具有较好的预测性,同时也验证了它的可靠性及合理性。     

管式反应器中交混流场的数值模拟

对管式反应器中的交叉混合流场进行了三维数值模拟,采用分块结构化网格技术以及网络拼接技术实现了适用于复杂形体的分块结构化网格的计算程序,采用修正的ｋ－ε双方程湍流模型描述反应器的湍流流动,用类似ＳＩＭＰＬＥ法对控制方程进行求解,经冷态模拟试验检验,结果令人满意     

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).     

螺旋升流式反应器流态特性的数值模拟

为了分析螺旋升流式反应器去除COD及N、P效果好的原因,利用计算流体力学(CFD)商用软件PHOENICS对螺旋升流式反应器厌氧段的流态特征进行了模拟研究.研究结果表明:螺旋升流式反应器内流体流态为以螺旋方式上升的推流流态和完全混合流态,其中推流流态约占65%.反应器兼有PFR和CSTR 反应器的特点,使其具有较好的处理能力.     

焦炉煤气制合成气反应器数值模拟

采用 CFD软件Fluent模拟计算焦炉煤气(COG)非催化局部氧化制合成气反应器,其中湍流模型选择标准k-ε模型,热辐射选择P-1模型,用非预混模型计算化学输运和反应.反应器内组分与温度场的数值模拟结果与实验测定结果基本吻合,说明模拟结果是可信的.通过模拟可预测,当氧气与焦炉煤气进气体积比达到0.14左右时,可以获得最好的焦炉煤气的转化效果.本数值模拟可为COG非催化局部氧化制合成气进一步的工程研究与应用提供可靠的理论参考依据.     

固液搅拌反应器数值模拟研究进展

固液搅拌反应器是过程工业中常见的单元设备,该反应器内固液两相的湍流特性以及相间相互作用等因素使得相关的数值模拟变得较为复杂。本文介绍了近年来用于处理旋转桨叶的方法和模拟连续相及离散相的数学模型,总结了这些方法和模型在预测固液搅拌反应器特性（包括速度和湍流特性、固相浓度分布、临界悬浮转速、颗粒层高、几何参数优化和颗粒特性）方面的应用,并对不同的方法和模型进行了展望,重点介绍了采用颗粒解析模型的欧拉-拉格朗日法在研究颗粒悬浮机理方面的应用前景。     

蠕虫减量剩余活性污泥反应器的CFD数值模拟

构建以序批式反应器(SBR)为主体工艺并联合蠕虫反应器的生活污水处理系统,在保证系统出水水质达标的前提下,蠕虫对SBR产生的剩余活性污泥摄食减量约23%(以质量计)。利用ANSYS FLUENT 16.0软件提供的欧拉两相流模型和标准k-ε湍流模型,对蠕虫反应器内部速度场、含气率以及湍流强度等进行了计算流体动力学(CFD)数值模拟。模拟结果表明,蠕虫反应器内曝气量约为0.2m₃/h、 蠕虫投放在P2位置即蠕虫密度为1.63g/dm₃时,蠕虫反应器内部流场适合蠕虫减量污泥,减质最高达23%,与试验结果基本吻合。通过响应曲面法(BBD)进行试验,所得污泥减量率与BBD预测值基本相符,进一步佐证了数值模拟结果的可靠性。因此,利用CFD数值模拟可以指导蠕虫反应器优化运行,从而为蠕虫减量污泥系统的放大设计及工程应用奠定基础。     

热轧全流程带钢温度场数值模拟

为精确预测轧件的温度场、优化轧制工艺和提高最终产品的质量水平,通过对钢坯的加热和轧件轧制过程传热关系的分析,采用有限差分法建立了热轧全流程各环节轧件三维温度场的数值计算模型。结合钢厂实际生产条件,利用该模型模拟了各环节轧件的温度场,并与实测结果进行了比较,验证了计算结果的准确性。研究表明,轧制速度和终轧厚度对轧件温度影响较大,压下率和轧辊温度对轧件温度有一定的影响,其他工艺因素的影响较小。     

脉冲流光电晕脱硫反应器电极配置数值模拟

线-板式非热等离子体烟气脱硫反应器的电极配置形式是影响反应器脉冲流光电晕放电特性及脱硫效率的主要因素之一,线-板电极的配置在一定范围内存在最优方案.从工程应用角度出发,在分析脉冲流光电晕放电机理的基础上,进行了反应器静电场数值模拟,得出了不同电极配置的静电场分布,结合流光形成、发展和传播所必备的静电场条件,优化电极配置.数值模拟结果表明:在施加峰值电压为80kV,放电极半径为0.2cm,线-板间距为10cm时,线线最佳间距为6～8cm.     

空速对平板微反应器内甲烷水蒸气重整的影响

采用计算流体力学软件FLUENT中的通用有限速率模型,应用表面反应动力学机理,对平板微反应器中Ni/r-Al2O3催化剂涂层上甲烷蒸气重整制合成气进行了二维的数值分析计算,分析了催化空速(CSV)和体积空速(GSV)对甲烷蒸气重整性能的影响.在计算过程中,忽略了甲烷的空间反应的影响,只考虑催化表面上的反应.计算结果表明,较小的催化空速和体积空速能够获得较高的甲烷转化率和氢气产量;除催化空速和体积空速外,反应通道高度对重整性能也是一个重要的影响因素.     

卡车用BIF340和St14钢板冲压成形的数值模拟分析

针对汽车典型冲压件单曲度扁壳,建立其冲压模型,应用Dynaform的数值模拟技术对高强度钢板BIF340的成形性能进行了研究。结果表明,用高强度钢BIF340代替St14成形汽车冲压件,通过反复优化工艺参数,高强度钢表现出了良好的成形性,并且所成形零件的厚度分布均匀性得到改善。同时还可知用高强度钢BIF340代替St14成形汽车冲压件,压边力需要变小,冲压速度变小,零件厚度变薄。     

计及弹型对防弹钢板抗侵彻能力的数值模拟

采用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件对B900FD-1型防弹钢板抗侵彻能力进行数值模拟。对比数值模拟结果与试验结果,表明采用塑性随动强化模型和Johnson-Cook模型能够较好地模拟子弹对金属类延性材料的侵彻能力。进一步采用数值分析方法分析了弹型、弹速及弹的长径比对钢板的侵彻能力的影响。     

不同挡板开度下静态分离器分离性能数值模拟

为实现对现有静态煤粉分离器及磨煤机系统的实验调整,采用FLUENT软件对MPS磨静态煤粉分离器的分离性能进行了数值模拟,分析了不同挡板开度下分离器内气相速度和不同粒度煤粉体积分数的分布情况。结果表明：分离器的锥形筒部位为强制涡和自由涡两种流动相结合的流动状态,挡板叶片至出口管部位的流动为复杂的三维流动。随着挡板叶片开度减小,分离器对煤粉的分离比率增加,分离能力增强,对较大颗粒的分离作用增强幅度较大,而对较小颗粒的分离作用影响较小。     

快堆蒸汽发生器小泄漏氢扩散数值模拟

为了通过微氢泄漏探测系统正确判断快堆蒸汽发生器水 /水蒸汽小泄漏 ,建立了快堆蒸汽发生器水 /水蒸汽向钠泄漏后钠水反应产生的氢沿蒸汽发生器扩散的数值模型。假设为大孔隙多孔介质 ,模拟钠在蒸汽发生器内的流动 ,引入体积孔隙率 ,面渗透率和分布阻力来模拟管束、支撑板对钠流动的扰动。根据钠水 /水蒸汽反应生成的氢气和氢氧化钠在钠中离解动力特性 ,建立氢离子和氢氧根离子的扩散方程。钠回路蒸汽发生器的注水模拟水 /水蒸汽泄漏实验表明 :微氢泄漏探测系统对蒸汽发生器钠出口处氢浓度模型计算值的响应与其实测响应吻合的很好     

大叶片搅拌器在EVOH聚合釜中的数值模拟

EVOH聚合是伴随放热的固-液两相湍流的复杂反应过程,在工程聚合中容易产生固体颗粒增大、颗粒间粘连和颗粒沉淀等影响颗粒聚合的理想悬浮状态,并且过程控制难以实现。为掌握EVOH聚合釜内的复杂运动规律,确定最佳聚合反应工艺参数,本文利用MRF多重参考系模拟非标新型大叶片EVOH搅拌聚合运动、欧拉模型模拟固-液两相流、湍流状态以标准k-ε湍流模拟和wen-yu模型的颗粒间作用,模拟仿真了颗粒直径为0.1~0.3mm、转速为100~300 r·min-1区间范围的聚合反应过程。结果表明：新型大叶片搅拌下釜内漩涡区域明显增多、湍流程度加剧;叶片斜边处与底部的交接处,流速最大,湍流程度增加,减轻了颗粒沉积;固相体积分数随着颗粒直径增大逐步减小。在转速为100 r·min-1和颗粒直径0.1 mm时,聚合釜内各处固相体积分数接近原比例,有利于颗粒悬浮。     

纯金属Al热型连铸凝固过程数值模拟

采用交替显式直接差分法建立了热型连铸凝固过程温度场模拟的差分数值方法，并研究了不同工艺参数对温度场分布的影响．模拟结果表明，采用交替显示差分格式建立差分方程进行热型连铸过程温度场模拟计算，计算过程简单，所得计算结果严格收敛，说明交替显示差分格式建立差分方程的合理性，是一种较好的建立差分方程的方法．连铸速度对纯金属Al凝固时固液界面的位置影响较大，随连铸速度增大，液固界面位置从型内向型外移动，与实验结果一致，说明采用计算机模拟技术是可行的．