超重力旋转床中气液两相流动与传质过程的数值模拟

文中采用基于颗粒轨道模型的欧拉-拉格朗日法对超重力旋转床中的气液两相流动与传质进行了数值模拟研究。在合理简化丝网填料结构和考虑液滴凝并与分散的基础上,分别利用SIMPLE算法和颗粒轨道模型计算了超重力旋转床中的气流场和液滴的运动轨迹,进而计算了液相的传质系数。数值模拟所得的液相传质系数与氮气解吸水中溶解氧实验结果符合良好,表明模型能够用于模拟旋转床中流体力学和分散相内的传质过程。计算分析表明,对超重力旋转床,在一定的转速下,液体和气体流量以及填料内径的变化对体积传质系数有重要影响。     

环柱形催化剂当量直径及传热参数的测定

实验测定了一种新型的环柱形催化剂活性组分在其内、外表面上不均匀分布的乙烯基乙酸酯合成反应器的床层压降和该催化剂填充床的二维温度分布；以压降实验数据代入Ergun公式计算了环柱形催化剂的当量直径ds和填充床的传热参数，采用正交配置的方法对拟均相二维传热模型进行求解，得到床层的径向有效导热系数和壁给热系数。     

气液固三相逆流湍动床流体动力学特性的三维数值模拟

基于多相流欧拉模型,应用计算流体动力学（CFD）软件Fluent 6.3,数值模拟了轻颗粒流、液体间歇方式进料的三维气液固逆流三相湍动床的流体动力学特性,考察了床内颗粒的轴径向速度和固含率分布规律。模拟发现：床内颗粒流化时存在颗粒的汇集行为;颗粒由床中心向壁面运动,中心附近颗粒径向速度大,壁面附近颗粒径向速度小;颗粒轴向速度分布不均匀,呈＂两头小中间大＂的趋势;固含率壁面附近高,中心附近低,并随轴向高度增加而减小;床内平均固含率随表观气速或液体黏度的增加而减小。     

竖式移动床颗粒流动的研究

竖式移动床内通常进行着伴随传热传质的化学反应,研究床层内颗粒流动对强化床层气固热交换和化学反应具有重要的意义.以球团竖炉为背景,采用实验与模拟相结合,研究床层内颗粒流动基本规律.动力学模型和黏性流模型是计算床层颗粒流动的主要模型,且黏性流模型更适用于竖炉;结合模拟与实验结果,确定了动力模型中的待定系数为0.02 m,黏性流模型中的黏性系数为0.15 Pa.s;采用黏性流模型模拟得到,球团在竖炉内流动比较均匀,接近于"活塞流";焙烧带的倾斜壁面倾角对炉内球团顺行起很大作用.     

旋转床内填料表面传质特性的研究

在旋转床(RPB)中,用氮气-系统,通过氧解吸过程对两种不同形状填料的传质过程进行实验研究,实测体积传质系数与转子转速、液体流率及气体流率的关系,进而揭示出旋转床内两种填料的传质特性。对这两种不同形状的填料表面传质特性进行比较,找出传质效果较好的填料。文中还进一步对填料比表面积对体积传质系数的影响进行了探讨,证实了液体在转子填料层中的连续微粒化所得到的大量液滴表面是旋转床传质强化的重要因素。基于对旋转床传质的实验结果,提出了平均体积传质系数的回归关系式。     

液体初始分散对逆流旋转床内传质影响的研究

探讨液体的初始分布对逆流旋转填充床流体力学特性和传质的影响。在逆流旋转填充床内，用水吸收空气中的氨，通过使用五种不同的液体分布器，研究操作条件(转速、气量、液量)对逆流旋转填充床气相压降和传质的影响。在相同操作条件下，不同液体分布器对旋转床气相压降影响表现为，旋转床气相压降随转速、气量的增加而增大，随液量的增大而减小，不同分布器对传质的影响不明显。气相总传质系数K_ya随转速、气量、液量的增加而增大；旋转床内的传质主要发生在填料层内，从分布器到填料空腔内的传质约占整个旋转床内传质的10%以下。     

高炉下部液体分布的试验研究

采用4种填料和2种液体模拟高炉下部的流动状态,在填充床内对液体的分布特性进行了试验研究.结果表明,液体分布与液体流量和初始分布无关,其主要取决于填料自分布性能和液体性质.填料的形状系数越小、直径越大,向外偏流的趋势越明显;液体的密度越大、黏度越小,则不容易发生偏流.即使无煤气流的影响,高炉内炉渣也容易向炉墙附近流动.试验范围内液体以溪流形式流动,而不是呈散滴状流动.     

井筒中垂直泡状流传热实验研究

通过理论实验相结合的方法研究石油钻采过程中井筒内泡状流传热问题.根据井筒内泡状流流动特点,以传热学基本理论为基础,建立考虑泡状流流动参数分布的泡状流传热模型,并在模拟井筒多相流传热实验装置上进行了泡状流传热实验,对所建立的传热模型进行评价,研究传热规律.结果表明:建立的泡状流传热模型计算精度良好;泡状流对流换热系数随液体流量增大线性增加,随平均空隙率增大线性减小,液体流量是影响泡状流对流换热系数的主要因素.研究两相流传热要考虑流型自身的流动特点.     

气-液分布导流片对超重力旋转床吸收性能的研究

以CO2-NaOH体系为研究对象,研究了超重力旋转床内构件中气-液分布导流片对吸收性能的影响。重点考察了3种不同气-液分布导流片对超重力旋转床中NaOH对CO2吸收过程的流动特性、传质性能的研究。实验结果表明,不同的气-液分布导流片对流体在超重力旋转床中的流动性能产生一定的影响,当采用顺时针偏转的液体分布导流片、径向无偏转的气体分布导流片时,气液两相为顺流接触,可增长液体吸收剂与气体接触时间,获得较好的传质效果。以CO2-NaOH体系为研究对象,传质系数为不添加气-液分布导流片的2.83倍,CO2的脱除率可从43.34%提高到80.00%。     

悬浮生物载体空问结构的数值评价

为了评价及优化移动床生物膜反应器的重要材料--悬浮生物载体的空间结构,采用动网格模型与两相流模型耦合的动态数值模拟方法对装有悬浮生物载体的移动床反应器的内部流体力学特性进行分析.计算结果表明,动网格技术与两相流技术耦合的数值方法能够很详细地模拟悬浮生物载体在移动床生物反应器中的运动,以及其中每个瞬时的计算域内压力、速度、气含率等流体参数的定量分布.文中还讨论了采用气含率和载体表面剪切力两个流体力学参数来评价生物载体空间结构的可行性.     

用于高比转速混流泵设计的流场计算

针对高性能高比转速混流泵水力模型开发过程中的有关问题,系统开发了一种基于两类相对流面(S1、S2流面)流动理论的正反问题迭代计算和优化设计的流场计算方法.在流体介质无粘的假设下, S1流面上采用有限单元法、 S2流面上采用流线曲率法,两类流面反复迭代计算直至结果收敛,得到S1流面流场分布、叶片表面相对速度和压力系数分布、 S2流面轴面速度分布等规律.流场计算采用FORTRAN语言编程实现,计算效率高、通用性强,对于高比转速混流泵水力模型的开发研究具有重要的实际意义.     

悬浮生物载体空间结构的数值评价

悬浮生物载体是移动床生物膜反应器的重要材料,其空间结构对其性能有较大影响,为了评价及优化其结构,采用动网格模型与两相流模型耦合的动态数值模拟方法对装有悬浮生物载体的移动床反应器内部流体力学特性进行分析。计算结果表明,动网格技术与两相流技术耦合的数值方法能够很真实地模拟悬浮生物载体在移动床生物反应器中的运动,及其中每个瞬时的计算域内压力、速度、气相体积分数等流体参数的定量分布,并讨论了采用气含率和载体表面剪切力两个流体力学参数来评价生物载体空间结构性能的可行性。     

透平叶片近前缘端壁处换热性能的研究

采用计算流体动力学软件ANSYS CFX11.0、以NASA跨声速透平第一级动叶为研究对象,对带气膜冷却孔的叶栅近前缘端壁区域的流动和换热特性进行了研究,计算获得了3种气膜孔分布条件下,吹风比分别为0.3、0.5、0.7以及孔径分别为1mm、1.5mm时叶栅端壁处的流场结构和斯坦顿数分布。计算结果表明:气膜孔的数目及分布对端壁换热性能和换热均匀性有显著影响,减小孔间距与孔径的比值可以降低前缘端壁的换热系数、提高端壁换热的均匀性;吹风比对冷却流的作用范围和贴壁性有很大影响,所研究的3种吹风比中,吹风比为0.5时壁面换热系数最小,吹风比为0.7时换热系数最大;当吹风比保持0.5不变且气膜孔的直径由1mm增大到1.5mm时,冷却流在端壁上影响的距离增加,相邻冷却流之间区域的换热强度降低。该结果可为透平动叶端壁换热特性的改善和气膜冷却特性的提高提供参考。     

矩形管道内低雷诺数圆柱绕流尾迹演化特性

为了揭示有限管道壁面对圆柱绕流尾迹演化特性的影响,采用基于有限容积法的数值模拟方法,对矩形管道内雷诺数为100的三维圆柱绕流尾迹流场进行计算分析,探讨阻流比和长径比对圆柱表面和尾迹流场中压力分布的影响。研究结果表明:圆柱前、后驻点的压力系数受展向位置影响较大,后驻点压力系数与旋涡脱落状态有关;时均压力系数受管道端壁影响显著,沿前驻点至后驻点圆柱表面时均压力系数先减小后增大;在远离端壁一定区域内,尾迹流态为涡街;而在靠近端壁的一定区域内,尾迹呈现出近似双子涡形态;圆柱表面相同位置处的时均压力系数基本上随阻流比的增大而增大,随长径比的增大而减小。     

通风机损失模型的分析研究

采用两类相对流面的三元流动理论 ,求解出离心通风机中叶轮、蜗壳等主要元件流道中速度分布的规律 ,并考虑各项损失之间的相互关联和影响 ,建立了多系数整机损失数学模型 .利用已有的后向式离心通风机的实验数据 ,采用最优化的方法确定出损失模型中的各有关系数 .并通过实验验证模型的可靠性     

基于EDEM的粮食立筒仓卸料动态侧压力研究

立筒仓卸料过程中,贮料流态不断变化,仓壁压力随之表现出不同变化规律。为研究卸料过程中贮料在粮食立筒仓中的流动状态和速度分布、贮料对仓壁产生的动态侧压力以及相应超压系数,采用离散元仿真软件EDEM对粮食立筒仓卸料过程进行模拟,分别选定两种不同卸料速度工况,并结合试验结果对比分析动态侧压力。结果表明：通过直接观察和整体流量指数分析筒仓内贮料流动状态,贮料流态与其所处的筒仓位置有关,发展进程为整体流动—管状流动—漏斗型流动;EDEM仿真模拟与试验结果的静态侧压力值接近、动态侧压力分布规律一致,且超压系数误差在合理范围内;卸料整体过程中,流速快工况的超压系数均大于流速慢工况;筒仓仓壁下部1/3hn范围内的动态侧压力突增最为明显,贮料内部不断重复动态拱过程致使仓壁卸料压力呈现不同震荡分布,且该位置的超压系数高于现行规范的水平侧压力修正系数Ch。EDEM离散元卸料仿真进行动态侧压力研究具有可行性,研究成果可为筒仓结构安全设计提供参考。     

非水相液体传输的耦合动力学模型及数值解

基于多孔介质流体力学和溶质运移动力学原理,建立了非水相液体在地下环境系统中传输过程的多组分多相流耦合数学模型,对多相流渗流场模型和污染物传输浓度场模型分别采用了IMPES和特征有限差分方法进行数值离散,模型中充分考虑了污染物在地下环境体系中扩散、吸附解吸、界面间分配以及微生物降解等化学反应以及气相作用,并以苯在土壤中传输的浓度分布为例,验证了模型的可靠性。该数值模型较以往数值模型相比．可有效地克服在数值解过程中的弥散和振荡,对于石油工程领域中油气藏多相流数值模拟奠定基础。     

涡轮叶片有侧流扰流柱通道流动的实验研究

对有侧流梯形扰流柱通道端壁的静压分布和压力系数进行了实验测量。研究了不同的雷诺数和侧向出流比的情况下,各种因素对压力系数的影响。结果显示:①侧向出流比(C)小于1时,端壁表面静压沿径向变化较小,在实验段入口和出口处较大,在中间段略低;在弦向方向上,静压变化相对较为剧烈,从通道左边到右边的弦向出口,静压分布趋势是递减的,在通道扰流柱左边压力变化梯度较小,通道右边弦向出口附近压力变化梯度较大;②C为1时,端壁静压的变化主要集中在弦向方向上,变化趋势与结论1一致;③压力系数随雷诺数的增加而降低,但是变化幅度相对较小;压力系数随着侧向出流比变化相对较大,压力系数随着侧向出流比的增大而减小。     

小浪底河段浑水流动的三维数值模拟

基于湍流随机理论,针对黄河中游小浪底工程建成前的河段水沙流动特点,建立了河流的三维水沙流数学模型。在此模型中,采用了各向异性湍流的Reynolds应力数值格式和自由面位置的Poisson方程,并将精细壁函数应用于边壁处理。建立了床面附近含沙量表达式,将传统的床沙级配控制方程推广到三维模型。在贴体坐标系下,用此数学模型计算了此河段的含沙量和流速沿河宽和垂线分布,计算结果与原型实测成果基本吻合,从而证明了此模型的可行性,以及计算方法和程序的可靠性。     

小浪底河段浑水流动的三维数值模拟

基于湍流随机理论,针对黄河中游小浪底工程建成前的河段水沙流动特点,建立了河流的三维水沙流数学模型。在此模型中,采用各向异性湍流的Reynolds应力数值格式和自由面位置的Poisson方程,并将精细壁函数应用于边壁处理。建立了床面附近含沙量表达式,将传统的床沙级配控制方程推广到三维模型。在贴体坐标系下,用此数学模型计算了此河段的含沙量和流速沿河宽和垂线分布,计算结果与原型实测成果基本吻合,从而证明了此模型的可行性,以及计算方法和程序的可靠性。