三级碳化反应器中的气泡行为研究

针对“钙化碳化法”处理低品位铝土矿及赤泥新方法的核心环节碳化过程,为实现碳化反应器内气泡微细化及均匀分布,提高碳化效率,提出了“三级错流文丘里式射流反应器”,并进行了冷态物理模拟研究,考察了反应器内的局部气含率和气泡上升速度.结果表明,气含率随表观气速的增大而增大,随表观液速的增大而减小,沿反应器轴向逐渐降低,后一级反应器的气含率大于前一级;气泡上升速度随表观气速和表观液速的增大而增大,沿反应器轴向逐渐降低,后一级反应器的气泡上升速度大于前一级,该结果为碳化反应器的设计和工业应用提供了依据.     

平板式反应器的数值模拟

连续操作条件下运行的板式反应器已成为取代间歇式反应器的一个较好的选择,它主要从事精细化工品和药品的生产。利用专业的多物理场耦合软件COSMOL Multiphysics对平板式反应器内的不可压缩流场进行了数值模拟,得到了反应器中的流体的浓度场﹑速度场及温度场分布。结果表明平板式反应器较之普通的管壳式反应器它允许高效率的反应物的温度控制,以此为据为其后期的工业开发提供了理论依据。     

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。／     

细观层面的混凝土碳化过程数值模拟

为在细观层面上研究混凝土碳化问题,首先建立了基于积累分布函数的三维球形骨料生成方法,分析了随机性对模拟结果的影响,对骨料最大粒径、最小粒径和体积分数的选取原则进行了讨论.建立了简化的混凝土碳化数值模型,分析了骨料对宏观层面混凝土碳化行为的影响.结果表明,骨料的稀释效应和扭曲效应将降低混凝土的碳化深度;骨料在水泥浆中的非均匀分布将导致宏观上混凝土碳化深度的非均匀性.     

循环流化床锅炉冷渣器内气固两相流场的数值模拟

针对循环流化床锅炉风水联合式冷渣器内颗粒浓度高、相互间作用力强的特点,在引入颗粒流运动理论的基础上,把在物理上是单个粒子的固体相看作连续介质,采用Euler方法对冷渣器在不同工况下的出渣量,以及气泡在不同生长阶段的流型进行了数值模拟, 并与试验结果作了比较.结果表明:出渣量的计算值与测量值符合良好,误差都在±25%以内;气泡在床层内生长阶段以及在床层外破碎阶段的计算流型与可视化流型比较一致,说明此模型能够较好地预测冷渣器内的气固两相流动.同时,还进一步研究了气体相和固体相在气泡的产生、发展、破碎过程中的运动,发现它们在床层和气泡中的位置对其运动具有强烈的影响.     

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。     

自吸式反应器的数值模拟及在酵母发酵中的应用

采用计算流体力学(CFD)模拟和酵母发酵实验相结合的方法,研究自吸式反应器内的气液两相流动及传质。基于对自吸式反应器内流体流动、气液相际传质的研究,采用加置气体分布器的方法强化自吸式反应器内流体力学传递性能,并将数值模拟结果应用于酵母发酵。结果表明:在相同的培养条件下,加装气体分布器的自吸式反应器培养酵母比无气体分布器的自吸式反应器产率平均提高23.64%。     

钛渣流态化氯化流动特性的数值模拟

基于双流体模型,结合钛渣的物性参数,采用Fluent软件对钛渣流态化氯化过程的数学模型进行了模拟,通过不同的临界流化速度,对钛渣流态化氯化的流动特征进行了研究。结果表明:Grace修正公式适合钛渣流态化氯化最小流化速度的计算;在最小流化速度下,床层首先形成乳相,随着流化时间的延长,在中部形成小气泡;在完全流化速度下,床层首先经历节涌过程,然后进入完全流化。     

气升式内环流反应器的气含率分布

从动量衡算出发,通过合理简化,导出了气升式内环流反应器中各区域局部气含率的计算公式,利用实验数据关联了式中的有关参数,最终得出各区域局部气含率估算式.结果与实验数据吻合良好.     

考虑应力状态的二维混凝土碳化过程数值模拟

混凝土碳化过程的数值模拟为研究碳化机理、碳化影响因素、碳化过程与力的耦合作用等提供了新的定量分析工具.为定量分析应力状态对混凝土截面角部碳化发展的影响,建立了混凝土碳化过程的2维数值计算模型,使得混凝土组分、应力状态等影响可以得到定量考虑,并模拟应力状态下混凝土构件角部的碳化过程.详细介绍了这一模型的数值计算实现过程,研究了网格尺寸及时间步长对数值计算结果的影响.该模型数值计算结果与快速碳化试验和长期暴露碳化试验结果的对比验证了模型计算结果的准确性.最后,对某混凝土构件的角部混凝土碳化过程进行了数值分析.结果表明,混凝土截面角部双向碳化作用以及拉应力状态均会加速混凝土碳化,角部是整个构件截面碳化发展最为迅速的部位,其耐久性应当予以考虑.     

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.     

微通道内流流场的数值模拟及Micro-PIV测量

采用数值模拟与实验研究方法对直管微通道内流流场进行了详细研究.实验测量借助Micro-PIV技术,采用3μm荧光示踪粒子、10倍显微物镜和14位灰阶CCD相机获取微尺度流场速度分布.利用Fluent数值计算软件,将微尺度通道壁面粗糙元抽象为多孔介质模型,采用realizable k-ε两方程模型,对边长为600μm和800μm的方形断面微尺度直通道分别在Re=100和Re=300条件下进行数值模拟,模拟结果与同工况下Micro-PIV实验测量结果进行对比,结果表明基于多孔介质模拟壁面粗糙元的realizable k-ε两方程模型能够良好地模拟微尺度管流流动,并且获得了多孔介质厚度采用微尺度通道的相对粗糙度折算,多孔介质的粘性阻力系数和惯性阻力系数由多孔介质区域内的流态及阻力计算的方法.     

基于多通道风洞实验的数值模拟研究

风洞不仅是航空航天发展的保证,也是风沙物理学研究的重要依托.对于风沙地貌、风沙环境的研究以及防护治理都有举足轻重的作用.以建设多通道风洞实验平台为背景,通过在UG中对平台进行建模,再利用商用软件ANSYS对三种不同进风口角度的风洞模型进行数值模拟分析,对比在三种不同角度情况下风洞实验段中的流体流线分布情况、流体速度矢量场分布情况及流体压力场分布情况,确定了最佳进风口角度的风洞模型,为后期建设提供了有力的技术支撑和理论基础.     

气体再燃区冷态流场特性的数值模拟

以某气体再燃技术改造后的220t/h锅炉为物理模型,采用标准k-ε双方程湍流数学模型对炉内冷态流场进行模拟计算,并用冷态试验结果对数学模型进行验证.结果表明:实测值与模拟计算值误差为5%~10%,该模型能较好地模拟实际流场工况;增加再燃喷口后,旋流区沿炉高方向拉长,提高了炉内火焰充满度;再燃喷口八点布置方式比四角布置方式的假想切圆直径大66%,且在喷口背火侧形成回流区,明显提高了再燃气流对上升气流的覆盖度;再燃量为5%时,再燃气流无法与炉内上升气流混合,最佳再燃量为15%;再燃区高度距离为3 600mm较为合理,增大再燃区距离对流场分布影响不大.     

气体走廊速度分布对锅炉省煤器管束磨损效应的模拟研究

利用CFD软件平台,对发电锅炉省煤器等金属管束与器壁形成的气体走廊进行数值模拟研究。研究结果表明:1.沿着烟气流动方向其速度逐渐增加,前三排速度梯度比较大;2.管束弯头处的速度比平均烟气速度大得多,速度不均匀系数可以达到2.2~2.3,管束后面存在一个明显的低速区;3.沿着管束方向的速度梯度十分明显,烟气走廊、管束弯头和管束直段的速度不均系数达到10倍级量级。对锅炉省煤器防磨提出了设计建议。     

文丘里热解反应器结构对流场影响的模拟研究

文丘里热解反应器制备的氧化铈产品存在粒径不均的现象,需要对文丘里热解反应器进行结构优化,进一步强化气固混合效果和倒吸效果,改善粒径分布.利用Fluent19.0软件,采用欧拉-欧拉多相流以及标准k-ε模型研究了9种不同结构的文丘里反应器内部氯化铈热解过程,分析了反应器内部气固混合和倒吸效果.结果表明:引流管长度为35mm,气固混合效果最好;引流管长度45mm,倒吸能力最好.喉管长度为150mm,气固混合效果最好;喉管长度为100mm,倒吸能力最好.扩张段直径与收缩段直径比为2∶2时,气固混合效果最好,倒吸能力最好.     

铝矾土煅烧窑炉的数值模拟

通过改变高温空气入口的压力,采用计算机数值模拟的方法,研究了采用高温空气燃烧技术的铝矾土煅烧窑炉内部的温度分布、速度矢量、氧气浓度分布的变化情况,为提高产品质量和设计窑炉提供了依据。