化学气相冷凝合成纳米颗粒反应器研究 I.流体流动过程模拟

建立了化学气相冷凝反应器内层流状况下流体流动的数学模型,采用ＳＩＭＰＬＥＣ算法求解了反应器内速度和压力的分布,并对计算值和文献值进行了比较。考察了Ｒｅｙｎｏｌｄｓ准数、直管出口与撞击面的距离等参数对反应器内流型、轴向中心速度、径向最大速度、沿撞击板压力分布的影响规律。     

自搅拌反应器内液相流动的数值模拟

采用数值模拟方法研究了压力能驱动的自搅拌反应器内液相流场的分布规律.首先对标准κ-ε模型、RNG κ-ε模型、realizable κ-ε模型下的模拟结果与PIV实验结果进行对比,确定了合适的湍流模型;然后研究了不同入口压力、液位高度对反应器内流场分布的影响.结果表明:标准κ-ε模型能更精确地模拟该反应器内的流场分布,反应器内流场稳定时间为12s以上.增加入口压力和液位高度均有利于反应器内流体速度均匀分布,入口压力为3MPa时几乎不存在速度死区.     

径向流反应器随机填充催化床层的数值模拟

应用颗粒离散元法建立径向流反应器内球形颗粒随机堆积环形催化剂床层模型,采用颗粒流程序-计算流体动力学(PFC-CFD)耦合求解法得到床层内流体流动压力场、速度场分布规律,研究当边界条件相同、颗粒粒径分别为12、 14、 16、 20、 28 mm时,随机堆积床层内场分布的变化规律。结果表明:随着催化剂颗粒粒径的减小,床层阻力增大,床层速度、压力的变化梯度也增大,但流体沿轴向分布较均匀;粒径12 mm的催化床层径向流反应器内部轴流分布最均匀。     

气升式环流反应器气液两相流动冷模实验

运用粒子图像测速仪(PIV)技术研究了扁平气升式环流反应器内液相流动特性,测得了反应器内各个区域液相速度分布、流线分布.认为反应器上升段表观气速对液相水平速度和垂直速度均有影响,其中对液相垂直速度的影响更大:表观气速增大,液相最大垂直速度一般增大,但这一变化规律并不是单调的;PIV对折流区的观测反映了该区域流场在气相通入后的最初25 s内的变化历程,流场发展的快慢与进气口的气速有关,气速越大,流场发展得越快.研究结果为认识该类反应器内的流动混合特性及进行该类反应器的设计、优化提供了参考.     

操作参数对催化裂解旋流反应器流动梯度场的影响

为揭示旋流反应器内生物质热解气与催化剂的混合流动状态,加速生物质热解气的催化裂解,利用本实验室自制的生物质催化裂解旋流反应器,采用k-ε模型与Eulerian双流体模型进行模拟分析,研究了入口气速和催化剂粒径对反应器内的固相体积分数、压力、速度的影响规律,并进行了实验验证。结果表明:速度变量下,轴向气相速度的改变对于反应器内的体积分数分布影响较小,而切向气相速度的影响较大。接触主反应区内,催化剂粒径为10μm左右时,混合程度最优;在反应分离耦合区内,颗粒粒径改变对分离效果无显著影响。4种催化剂粒径工况下,粒径10μm状态更有利于气固两相的分离;入口速度改变时,较大的切向入口速度可导致气体流量增大,有利于反应器内的气固流动,提升气固分离效果。     

VCISR不同撞击间距下压力波动的数值模拟

采用数值模拟的方法对VCISR(立式循环撞击流反应器)不同导流筒间距下压力波动的空间分布和时域分布进行研究,设定搅拌转速分别取为10,20和30 r/s,上下两导流筒的间距分别取为60,100和140mm.结果表明:导流筒间距对压力波动的空间分布和时域分布有重大影响,同一转速下,导流筒间距为100mm时反应器内空间压力波动强度达到最大值,导流筒间距为60 mm时反应器内时域压力波动强度达到最大值,微观混合效果分别达到最好;转速相同时,不同导流筒间距下时域压力波动曲线变化的趋势基本相同,即随着时间的增加先迅速下降后缓慢上升,达到一个时间分界点后时域压力值基本保持不变,导流筒间距越大达到时间分界点所需的时间越长.     

二维动脉瘤的血液动力学分析及数值模拟

本文运用ALE方法对不同形状的二维动脉瘤及其载瘤动脉内的血流情况进行了数值模拟,并对模拟结果进行了比较分析.结果表明,同一动脉瘤及其载瘤动脉内不同时刻的速度场和压力场分布情况非常相似,速度和压力的最大值与最小值也分别在相同的区域达到.不同的AR值的动脉瘤内都形成了一个环流区,环流中心的半径随着AR值得增大而增大,而动脉瘤入口右侧的速度随着AR值的增加而减小,压力随着AR值得减小而升高.     

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。     

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。     

化学气相冷凝合成纳米颗粒反应器：Ⅱ.传热过程模拟

考虑反应器内高温差带来的流体物性变化,建立了化学气相冷凝反应器内流体流动和传热过程的二维数学模型,采用ＳＩＭＰＬＥＣ算法求解得出了强制对流状态下反应器内速度场和温度场的分布,考察了直管壁面温度,撞击壁面温度,直管出口与撞击面的距离和Ｒｅｙｎｏｌｄｓ准数等参数对反应器内中心轴线上直管出口与撞击面间的温度分布,直管壁面上的直管出口与撞击面间的温度分布以及撞击驻点的Ｎｕｓｓｅｌｔ准烽的影响规律。     

旋转液膜反应器内流动机理研究

对旋转液膜反应器的不同设置情况进行了数值模拟。两种设置分别为：内圆台旋转而外圆台固定,外圆台旋转而内圆台固定。模拟结果显示：当Re=200,t>70s时,两种装置内的流动状态的动能均趋于大致稳定状态。通过对压力、速度和壁面剪应力分布的对比分析,发现在相同雷诺数下,与外圆台旋转的装置相比较,内圆台旋转的装置间隙中的流体更容易失稳,更容易产生湍流,表明内圆台旋转的反应器更优。     

气升式环流反应器内气液两相流动计算流体力学的模拟

采用欧拉-欧拉两流体模型模拟了气升式环流反应器内部气液两相流动过程,考察了液相速度和气含率随表观气速的变化,液相速度和气含率模拟值的关系与两种经验关系式的计算值进行了比较,两者取得了很好的一致,证明了模型的正确性。在此基础上,使用计算流体力学模拟的方法考查了反应器内的导流筒直径和导流筒高度对反应器内两相流动的影响,导流筒直径增大,液相循环量增大,上升段气含率增大;导流筒位置升高,液相循环速度和循环量均增大,上升段气含率减小。所获得的结果对气升式反应器的设计优化具有指导意义。     

压力能驱动的自搅拌反应器流动特性数值模拟

提出了一种新型自搅拌管式反应器,并采用数值模拟方法对新型自搅拌溶出反应器内的流体流动特性进行了研究.在搅拌转速不变的情况下,研究了不同入口流速对反应器内部流体流动的影响.结果表明:不同流速下,反应器内部轴向流速整体分布均匀,但反应器入口和出口的流体,由于受到扰动作用速度偏大,且靠近出口的流速低于入口附近流速.径向靠近壁面处速度稍大,靠近搅拌轴处速度略小,说明搅拌桨叶端部对流体作用更大.入口流速为8.3 m/s时,更利于反应器内环流的形成.     

二维弹性锥形血管模型的有限元分析及数值模拟

通过运用任意拉格朗日一欧拉方法（ALE方法）,能够对二维下的弹性条件下的锥形血管中的速度场和压力场进行分析．假设血管的锥度角为小锥度角,来获得血液在血管内流动的速度、压力分布,并与无锥度角的血管和刚性条件下的血管内的血液流动情况作比较．结论：血液在血管内的流动的速度分布和压力分布与血管的弹性性质无关,但和锥度角的大小有关系．锥度角越大,那么压力变化的幅值就越大,径向速度变化越显著,却又不会影响径向速度分布的最大值位置．     

环隙气升式反应器的开发 Ⅰ.流体力学研究和体积传质系数的关联

在400mm直径的环隙气升式反应器内,用空气-水系统测定了平均气含率和体积传质系数,考察了分布器和导流筒结构的影响,并求得了体积传质系数的经验关联式。实验表明,在相同气速下,环隙气升式反应器的平均气含率和体积传质系数均稍小于鼓泡反应器的值。但由于环隙气升式反应器具有较高的液体循环速度,混和效果好,更具开发价值。     

脉冲防暴水炮发射管内的建模与二维仿真

为优化设计,奠定外流场研究的基础,建立了求解脉冲防暴水炮发射管内压力,水柱速度及摩擦力的计算模型.使用商业Fluent软件对发射管内高压气体冲击水柱进行二维数值模拟,采用k-ε模型描述湍流分布,二维VOF模型追踪发射管内的气液界面.模拟得到了气液界面的演化图像,出口速度矢量分布,以及不同时刻管内对称轴上的压力分布.将所建立模型的理论计算值与模拟值进行比较,分析了两者的吻合情况.仿真结果证明:水柱的管内运动压力起主要作用,重力作用并不明显,压力梯度较大的区域出现在水柱段,模拟值与理论计算值基本吻合,可利用模拟值对计算模型进行修正.所得结论对于水炮类非致命武器的设计及水炮外流场的研究有一定的指导意义.     

基于CFD的活性炭烟气脱硫数值模拟

以移动床作为吸附装置,建立了反应器三维非稳态流动和传热的数学模型,将活性炭对烟气中SO2的吸附作为研究对象,利用CFD软件对移动床内的SO3浓度场、烟气速度场和压力场进行模拟计算,研究了烟气入口速度、烟气入口SO2浓度等因素对脱硫效率的影响。结果表明:反应器入口片脱硫效果明显,出口处脱硫效果减弱。为增大脱硫效果,应增大活性炭下移速度或降低烟气速度。     

SCR烟气脱硝反应器整流装置和烟道导流板采用流场模拟优化设计

SCR烟气脱硝反应器的性能主要取决于进入脱硝反应器内的NOx与NH3的混合均匀度及混合气体在进入第一层催化剂前温度、速度分布的均匀性和烟气进入催化剂前流向角偏。该文以某燃煤锅炉烟气脱硝工程的SCR装置为研究对象,采用数值模拟方法研究反应器内烟气的流动分布,在此基础上,对导流板及整流格栅进行简化,在保证混合气体进入第一层催化剂前的流向角偏差小于10°,提高了脱硝反应器的性能,进一步优化了SCR反应器的运行。     

流化床式风水联合冷渣器冷态空气流场的数值模拟

用数值模拟的方法，计算了某风水联合冷渣器内空气场的速度、压力等参数的分布，并与实验结果进行了对照，发现计算结果与实验测量值符合得很好，准确地模拟了冷渣器内空气速度场的分布．同时，也给出了流场内的速度矢量分布及压力分布，并对流场内的流动特性进行了分析，指出流场内部分区域出现的旋流可能是造成这种冷渣器不能顺利排渣的原因之一．     

异型热管反应器硅烷分解过程流场的数值模拟

基于异型热管传热机理,设计出一套适用于硅烷法生产电子级高纯多晶硅的反应器,利用Fluent软件对反应器内流场进行了研究.结果表明:反应器内温度场比较均匀,异型热管的加入改善了温度分布,各截面温度随进料气进口速度增加而降低,进口速度由10,m/s提高到50,m/s,反应器内温度降低了4.64%;各截面温度随硅棒增粗而逐渐升高,硅棒从60,mm增粗至140,mm,反应器内温度升高了9.44%,;反应器内各截面硅烷浓度大致保持均匀,各截面硅烷浓度随进料气进口速度增加,随硅棒增粗而降低;硅棒表面沉积速率随进料气进口速度增加而提高,随硅棒增粗而降低.