大型波纹规整填料塔二维返混特性实验测量与模拟

以热水为示踪剂,对填充有塑料制250Y板波纹规整填料的直径1m的填料塔进行了二维返混特性研究.实验填料塔装填高度2,000mm,装填10层填料,每层200mm,层与层之间交错90°摆放.实验中示踪剂为连续注入,采用铂电阻温度探头分别测量了填料塔距塔顶400mm和1000mm 2个平面的无因次温度分布.应用柱坐标二维返混模型得到了轴向和径向返混系数Dz和Dr,结果发现因为规整填料的各向异性,由模型计算得到的温度场在距离塔顶较远的1000mm平面与实验符合较好,而在较近的400mm平面与实验相差较大.在此基础上提出了基于直角坐标系的各向异性返混模型,每层填料逐层计算,层之间按实际情况旋转90°,结果表明使用相同的Dz和Dr为参数,得到的温度场在400mm平面和1000mm平面均与实验符合良好.     

规整填料塔内气相流动的计算流体力学模拟

通过引入表征体元的概念，采用体积平均的方法，使规整填料塔内的非连续介质连续化，建立了规整填料塔内气相单相流的体积平均连续性方程、运动方程和质量传递方程；用PHOENICS3．3对规整填料塔内气相单相流的速度分布和质量分数分布进行了模拟，给出了xz剖面的压力分布图、xz和xy剖面的速度分布图和不同时刻xz剖面的示踪剂浓度分布图；模拟结果能反映规整填料内气体的流动情况．结果表明：在压力小于2．0MP。时，气相轴向返混系数基本不受压力的影响，且随着有效气速的增加，其明显增加；轴向返混系数的模拟值与实验值的相对偏差小于40％．     

滴流床的压降和持液量

以α-甲基苯乙烯加氢系统为对象,研究滴流床的流体力学特征,在冷态条件下测定了滴流床内压降和持液量,得到压降、动持液量与气速和液速的关系式。结果表明压降梯度受气速影响较液速大,动持液量受液速影响较气速大。气速增加,床层压降增大,动持液量减小;静持液量只与体系的物性、填料物性、装填方式等有关,与反应条件无关。另外,在零气速条件下,用KOH作为示踪剂,采用脉冲注入法,研究了滴流床的停留时间分布,得到床层的Peclet准数与液速的关系,Peclet准数随着液速的增加按指数级增加。     

反应蒸馏塔内催化剂不同装填方式的液固传质效率

采用苯甲酸颗粒-水-空气系统,进行了气液两相逆流状态下的传质实验,获得了规整装填和散堆装填两种不同装填方式对液固传质系数的影响。分析得出在载点以下的操作范围内,气液逆流反应蒸馏塔内液相雷诺数的变化对传质影响较大,气相雷诺数的影响则不明显;并且散堆装填的液固接触效率明显好于规整装填,两者效率之比为1．72倍,并采用液固接触效率关联了传质Sherwood数,得到了如下关联结果：Sh／Sc^1/3=4．65Ф^1.1ReL^0.245。     

新型复合式浆态床内气体停留时间分布及模型

由空气-水、10%K2CO3溶液、20%K2CO3溶液、液体石蜡油构成气液两相体系,常压下表观气速为1～20 cm/s、静态液位200～550 mm、液体循环量0～240 L/h时,采用脉冲实验法测量一种特殊结构的浆态床反应器内气体停留时间分布.考察了操作参数和液体性质对浆态段的气体停留时间分布及返混程度的影响.结果表明:流型对停留时间分布的影响较大.气体平均停留时间随液体循环量和液体黏度的增加而增大;气体返混程度随静态液位增加而减小,随液体表面张力增加而增大.表面张力是影响返混程度的主要因素.同时建立相应的数学模型,得到停留时间密度分布函数,实验值与模型预测值吻合较好.     

板波纹规整填料液相分布模型

为研究板波纹规整填料内的液体流动状况，建立了相应的液相分布数学模型，并对4种板波纹规整填料的持液量和有效润湿面积进行了模拟计算及实验验证．结果表明，在无气相影响下，无论是均匀进料还是点源进料，液体在填料内的分布最终将达到稳定的自然流状态，而有效润湿面积的模拟结果显示，无气相影响时，即使在很大液相负荷下填料片的有效润湿面积比也不会超过1．另外，降低液体表面张力有利于在填料片上形成较大的润湿面积，而液体黏度对润湿面积的影响不大。     

规整填料内气相载荷对液膜流动特性的影响

为研究逆向气相载荷对规整填料表面液膜流动特性的影响,采用流体力学计算软件FLUENT建立基于Navier-Stokes方程和VOF方法相结合的CFD分析模型,湍流结构模拟采用RNG k-ε模型。针对Mellapak 250Y型金属板波纹填料表面不同气相载荷(F因子)对液膜流体动力学特性的影响进行模拟分析。研究各工况下液膜动态运动分布、气液两相流场结构、界面速度场分布特征,及相应持液量、有效界面传质面积变化分布规律。研究结果表明:气相速度对上述参数均有不同程度影响。     

液滴在液液接触塔中的前混返流模型

为了描述液液接触塔中流体，特别是分散相的非理想流动，考虑了塔中分散相液滴直径分布及其本身的返混，提出了文题模型。实验结果表明，用该模型计算所得的停留时间分布曲线与实测曲线相符；该模型与液滴传质理论结合，可以较准确地预测塔的传质单元数。     

规整填料特征单元内混合过程的计算流体力学

针对Mellapak 350Y型规整填料特征单元内的流动及混合现象，利用计算流体力学的方法模拟了单元内的液相单相流流动，并结合脉冲示踪法研究其混合行为，考察了不同流速下特征单元的返混程度、同时建立了相应的实验装置，在室温下以甘油水溶液（质量分数为65％）为测试液体，利用激光多普勒测速仪对不同流速下，规整填料中特征单元内的液相流场进行了测量并与模拟结果进行了对比．计算与实验结果的速度分布趋势及其数值大小基本一致。     

小颗粒滴流床反应器中液相轴向返混的研究

对三种形状六种尺寸的小颗粒填料,在滴流床中气液两相并流向下流动时液相的轴向返混程度作了研究。实验表明:随着液速的增加,填料颗粒的毕克力Pe_L值增大,返混程度降低;填料颗粒的球形度越小,Pe_L值就越小,返混程度就越大;填料颗粒的尺寸对返混也有影响,尤其是对非球形颗粒,尺寸越大,则Pe_L值越大。当气液两相流速不断增大时,床层中的流动状态从滴流区转变为脉动区,则液体性质对Pe_L值的影响也不同。给出了两个流区的Pe_L关联式。     

小颗粒滴流床反应器中压降和持液量关联式

通过对滴流床中气液并流向下流动形式进行理论分析,推导出压降和持液量的关系,提出了计算滴流床反应器中持液量的新方法。实验和文献数据证明,在高相互作用区,此方法计算结果比较满意。同时,也得到高相互作用区下的压降关联式。     

高压下滴流床反应器动持液量的测定

在常压－２．０ＭＰａ的系统压力下测定了滴流床中气－液两相并流下流动的动持液量,了气－液流率,液相粘度,填料大小,压力以及床层高度对动持液量的影响。实验结果表明增中液体流率动持流量增加,气体流率增加时,结果相反粘度的增加对动持液量的影响不大,动持液量随填料空隙率的增大而变小。     

结构化反应器床层中两相流动特性实验研究

以空气-水为介质,分别以喷嘴和填充直径1mm玻璃珠的30cm高的床层为分布器,在表观液速为0.0522～0.1306m/s,表观气速为0.0739～0.5171m/s,气液并流向下的操作条件下,测定了0.1m直径塔中,孔径分别为1.1和2.1mm的2种结构化催化剂床层中的总压降和液含率等流动参数。结果表明,床层总压降随着表观气速、表观液速的增大均增大。液含率随着表观气速的增大而减少,随着表观液速的增大而增大。通过对2种分布器的比较可以发现,相同条件下,以喷嘴为分布器的床层总压降和液含率比以玻璃珠为分布器的床层总压降和液含率小。比较2种床层可知,相同条件下,结构化催化剂的孔径越小,其床层总压降与液含率越大。此外,建立了能较好预测两相摩擦因子以及液含率的经验关联式,偏差在±15%以内。     

两段式喷煤填充床内煤粉分布规律的试验研究

根据相似原理建立了1∶25的二维冷态填充床模拟高炉喷吹煤粉,通过试验比较了一段式喷煤和两段式喷煤条件下填充床内煤粉的分布规律和压差变化.结果表明:煤粉主要堆积在填充床下部,随高度的增加,煤粉的堆积量呈下降趋势.第二段喷入的煤粉大部分堆积于填充床边缘区域,中心区域堆积的煤粉主要为风口喷入.在喷煤量相同条件下,两段式喷煤时模型高度方向上煤粉分布更加均匀,填充床透气性得到改善;两段式喷煤与一段式喷煤相比,填充床内总压差下降了约29%,主要是填充床下部的压差显著降低;第二段喷入填充床内的煤粉对填充床上部的压差影响不大.     

Numerical analysis of the two-phase pressure drop and liquid distribution in single-screw expander prototype

In this paper, the numerical simulations have been carried out to evaluate the two-phase pressure drop and liquid distribution in screw channel. The numerical models are validated against the present experimental data with statistical accuracy. The effects of pitch circle diameter （PCD）, inlet velocity and inlet sectional liquid holdup on the pressure drop and liquid distribution characteristics in the screw channel are illustrated. It is found that decreasing the PCD and increasing the inlet sectional liquid holdup can increase the liquid holdup on the outer side in screw channel. The PCD and the inlet sectional liquid holdup need to be considered in evaluating the two-phase frictional pressure drop per unit length in the screw channel. The PCD has an effect on the development of the average pressure in the various cross sections, and the inlet sectional liquid holdup has no visible impact on the changing process of the pressure drop in the screw channel. The correlation developed predicts the two-phase frictional pressure drop in the screw channel with great statistical accuracy.     

旋转填充床气相压降特性研究

旋转床的气相压降是旋转床工程设计的一项重要指标。利用空气水系统对旋转填充床的气相压降进行分段模型化和实验研究。结果表明,旋转床干床压降比湿床大;进口压降随气量增大而增大;内腔压降随液体加入突然减小;出口压降随气量增大而增大,随转速增大而减小,随流体加入而突然增大,填料层压降随气量和转速增大而增大,当流 入时,先减小,后增大。     

大型气液固循环流化床中相含率分布研究

试验以水和空气为气液相,煤粉为固相研究了操作条件对直径1m、高9m大型冷模三相循环流化床中相含率轴向分布的影响。采用压降法测定气含率,抽吸取样方法测定床层中固相的局部固体浓度。结果表明,在实验范围内固体颗粒在系统中分布均匀,处于良好流化状态;根据实验提出了预测固体浓度的模型,模型预测与实验数据相符很好,可供反应器实用设计参考。     

黏度对垂直上升管段塞流流动规律的影响

为研究在不同黏度的条件下的垂直管段塞流流动特性,进行了实验和数值模拟研究,对不同黏度下的截面压力、含液率、压差波动信号及压降值进行分析.结果表明:液相黏度的增大使气塞长度减小,并缩短至7.5～9倍的管径,段塞周期缩短,管道截面压力和压差波动会随之加快,平均持液率也逐渐增大,Mukherjee-Brill模型无法准确预测高黏油气流动的持液率,VOF(volume of fluent model)模型的持液率计算精度较高.液相黏度的变化对段塞流压降有一定影响,实验和模拟计算中都出现了负摩阻压降现象,总压降随着黏度增大而增大;Beggs-Brill模型的压降计算精度随着黏度的增加而降低,Hagedorn-Brown模型和VOF模型对压降的预测效果较好,误差低于15％,可见优于其他模型.     

规整填料层压降的新关联

在理论分析的基础上,考虑了物系性质和器壁效应的影响,导出了规整填料层压降的关联式,由实验数据计算了部分常用填料新关联式的压降常数.本文关联式与实验数据吻合很好,对各种填料的压降计算误差一般在15%以下,新关联方法计算准确性和简便性优于文献公式.     

加压循环流化床气固流动特性实验研究Ⅰ:颗粒体积分数分布特性

针对加压煤气化和化学链燃烧的发展需求,建立了一种加压循环流化床的冷态实验装置,研究了不同操作压力(0.1～0.5 MPa)下,平均粒径为137μm、密度为2 490 kg/m3的Geldart B类颗粒在提升管内的压降和表观颗粒体积分数分布特性.实验结果表明,上升管压降随固气质量比的增大而线性增加,增加的速率随操作压力的增加而增加,且基本不受操作气速和固体通量的影响.加压条件下,表观颗粒体积分数呈上小下大的分布,且随固体通量的增加而增加,随标态表观气速的增加而减小.在固体通量和操作气速一定的情况下,增加操作压力可以显著提高上升管内表观颗粒体积分数,并使其轴向分布更加均匀.