石油化工装置的流体动力学模拟与性能改进

目前,石油化工生产过程中,对石油化工装置进行模拟与性能改进是非常重要的研究方向。本文的主要目的是先进的数值模拟方法来研究对石油化工装置进行优化,从而达到提高生产效率,降低能耗,降低环境污染的目的。主要介绍了 介绍了流体动力学模拟的基本原理和方法,CFD (Computational Fluid Dynamics, CFD)与多相流数值模拟的理论与方法。在此基础上,重点研究了石油化工装置中的混合、分离、传热与质量传递等关键的流体力学问题。从器件设计、工艺参数优化、材料制备等方面开展研究。最后对重要性和未来的发展方向进行了研究,希望能对石油化工装置的可持续发展起到积极的推动作用。

化学工程反应器设计中流体动力学模拟的精确性分析

在化学工程领域中,流体动力学是十分重要的研究方向,旨在针对化学工程过程中流体的运动及行为展开分析和模拟,以提供更加科学有效的设计方案。然而,为确保获得精准的模拟结果,化学工程反应器设计中流体动力学模拟的精确度与可靠性至关重要,应当综合考虑模型与计算方法的选择,并对化学反应影响及反应器物理特性等加强重视,以便帮助精确地对反应器内部流体运动及化学反应过程做出预测。基于此,文章重点分析化学工程反应器设计中流体动力学模拟的精确性,以期为反应器设计与优化提供科学的支持。

超重机内多孔板填料上气液流场的计算流体动力学模拟

采用Fluent软件对填料内径65 mm、外径250mm的超重机内多孔板填料上的气液流场进行模拟研究.模拟结果表明,填料上的液体速度场分布不均匀;填料转速对液体的切向速度场有影响,液体入口速度对径向速度场有影响;填料上的气体静压力场分布很有规律;填料转速对气体干床压降的影响很小,气体流量对干床压降的影响较为明显;当填料转速为0 ～1 000 r/min、液体入口速度为0.3～ 4.0 m/s时,液滴在填料上的运动轨迹呈螺旋线型,停留时间为0.10～ 0.94 s,运动路程为0.13～ 0.45 m;当气体流量为22.8～ 132.3 m3/h、填料转速为0～1 000 r/min时,干床压降为7～1 844 Pa.

固体推进剂燃烧气体释放的计算流体动力学模拟（英文）

为建立固体推进剂燃烧气体检测的测试装置,采用计算流体动力学(CFD)模拟计算了不同参数对气体释放的影响。结果表明,测试装置腔室体积应大于2.7×10~5 mm^3,风口直径应为Φ100mm,温度变化对气体释放影响较小。球形障碍物和立方体障碍物对气体三维模型有显著影响。根据以上模拟结果和参数,设计了固体推进剂燃烧气体模型测试装置原理图,设定了测试装置的具体参数。模拟和设计的测试装置可用于下一步红外遥测谱仪对燃烧气体的测试。

一种基于流体动力学模拟的水墨渲染方法

基于流体动力学模拟技术提出了一种新的水墨效果渲染方法,利用高级着色器语言(HLSL)通过图形处理单元(GPU)就纹理的顶点与像素进行处理。通过交互,计算出逐像素的外力及其所引起的加速度,将其作用于待处理纹理中,从而实现对该纹理实时水墨效果的渲染。实验结果表明,该方法具有较好的水墨动态特性的仿真效果,可以对渲染过程进行控制和干预,并能够实时显示。

八角亭平台放空火炬热辐射强度的计算流体动力学模拟

用于计算放空火炬热辐射强度的API RP521荐用方法及其被修正后的一些工程计算方法均未考虑燃烧火焰的温度和热辐射的方向性,不能得到更准确的结果。应用计算流体动力学(Computional Fluid Dynamic,简称CFD)模拟技术对东海八角亭平台放空火炬在不同工况下的燃烧和热辐射状况进行了模拟,建立了该平台放空火炬全场、关键截面的温度场和热辐射强度场。将CFD模拟结果与以往工程方法计算结果进行了对比,指出了工程计算方法在热辐射强度计算方面存在的不足。CFD模拟技术能够直接模拟火炬燃烧和热辐射等物理过程,可以得到符合实际的更为准确、详细的结果。

循环流化床生物质气化炉内计算流体动力学模拟——鼓泡流化床内改进的颗粒床模型(英文)

采用改进颗粒床模型的CFD方法模拟了实验室规模冷模装置内鼓泡床的流体流动时空特性。模拟结果表明表观气速是影响气固动态特征和压力波动的主要因素之一:随表观气速的增大,气泡数目增加,气泡体积增大,压力波动增强;气速越高时均压降越大;在内循环鼓泡流化床内固体颗粒呈“单室”流型。上述与实验观察相吻合的模拟结果将有助于放大和设计商业化的内循环流化床生物质气化炉。

西南三江兰坪盆地大规模成矿的流体动力学过程——流体包裹体和盆地流体模拟证据

中国西南部云南兰坪盆地因金顶Zn-Pn矿床和新发现的白秧坪超大型Cu-Co-Ag矿床而驰名。金顶矿床以白垩系和第三系陆相碎屑岩为主岩,拥有2亿吨矿石,平均品位Zn6.08%、Pb1.29%(1500万吨金属),是目前中国最大的Zn-Pb矿床,也是世界上形成时代最新且唯一产于陆相沉积岩容矿的超大型Zn-Pb矿床。不同于世界上人们公认的沉积岩容矿基本类型,即SST、MVT和Sedex型,金顶矿床也许代表了Zn-Pb矿床的一个新类型。通常认为兰坪盆地大规模成矿流体起源于盆地卤水,流体流动以重力驱动为主,压力体系接近静水压力。但基于矿田内水压破裂观察、流体包裹体研究和盆地流体动力学模拟,我们认为深部超压流体的注入对整个成矿系统起着重要作用。闪锌矿及相关脉石矿物(石英、天青石、方解石、石膏)中流体包裹体观测的均一温度主体在110～150℃,盐度(质量分数)在1.6%～18.0%NaCl;在时间上,大规模成矿主要阶段伴随着流体温度的不断升高和盐度的逐渐降低;在空间上,金顶矿区空间上从东到西,成矿流体温度明显降低,盐度系统性升高。富CO2流体包裹体揭示成矿流体曾高达(513～1364)×105Pa,大大高于静水压力。数值模拟表明,盆地沉积和压实产生的流体超压可以忽略,区域构造推覆也不足以产生如此高的流体压力。我们认为成矿流体超压很可能是幔源流体注入引起的;幔源含矿的相对高温低盐度流体沿导矿构造注入金顶穹隆构造-岩性圈闭并与其中富H2S的相对低温高盐度卤水混合是兰坪盆地大规模成矿的关键动力学过程。这个特殊的流体动力学过程和成矿系统,使兰坪盆地的成矿有别于世界其他沉积盆地已知的成矿作用。

基于流体动力学数值模拟的海水层反射地震研究

由于多种海水运动同时存在以及地形的影响,海水层结构非常复杂,解释海水层地震相,分析海水运动过程是地震海洋学研究的新方向.本文提出结合流体动力学数值模拟与反射地震正演分析海水层地震相的方法.首先,对地形和流体建模,得到特定条件下流体运动状态;然后用反射地震正演将模拟获得的海水层温盐剖面转换为反射地震数据;进一步和实际测量得到的地震海洋学剖面进行对比,分析地形、海水运动对海水层地震相的影响.以内孤立波浅化过程为例,通过流体动力学数值模拟,获得其浅化过程中出现的下沉型、分裂、转换型三个阶段的海水层剖面;对温盐剖面进行反射地震正演,分析浅化不同阶段海水层反射几何形态、反射结构等特征.这种新方法有望解释复杂地震海洋学图像,深化海底地形对海水运动影响的认识.

狭窄几何对中央气道阻塞时气流动力学和呼吸的影响

目的通过数学建模和数值模拟等工程衍生方法,分析气管解剖结构与通气功能之间的定量关系。为了对气管支气管狭窄患者的功能进行定量评估,提出了一种基于空气动力学的评估方法,该方法将计算流体动力学分析应用于合成气道模型和患者特异性气道模型。方法通过气管支气管树的三维重建和计算流体动力学模拟,在合成模型和患者衍生模型中研究了从狭窄的中央气道到气管支气管树的第4~6分支的空气动力学环境。在气管-支气管树三维模型上,研究了狭窄解剖结构(狭窄程度、狭窄长度和狭窄位置)对气道内压降、面积平均速度、体积流速、壁面剪应力和气流阻力等气动参数的影响。结果36个综合模型的结果表明,70%的收缩标志着相对于正常气道气流急剧减少的开始。对8个患者特异性模型的模拟结果分析表明,Myer-Cotton狭窄分级系统可以用空气动力学的描述来解释,如流动阻力。气管狭窄明显影响外周支气管阻力,尤其是严重狭窄患者。结论本研究形成了一个系统的框架,可以定量评估中央气道阻塞患者的呼吸功能,为未来开发更强大的、生物工程知情的评估方法打下基础。

人类朊蛋白稳定性的流体分子动力学研究（英文）

朊蛋白病,被称为传染性海绵状脑病(TSE),或者致死性神经退行传染病,在人和动物中发病,与α-螺旋构型部分向β-折叠构型转变有关.本文使用分子动力学模拟和流体分子动力学模拟相结合的方法对野生型人类朊蛋白和R200K突变型人类朊蛋白的结构稳定性进行了研究.研究发现,α-螺旋柱交叉形成的防护墙是维持朊蛋白结构稳定的关键因素,而β-折叠活性较高.流体动力干扰在一定程度上可以不改变折叠路径并能够有效加速蛋白质的解折叠过程.

基于CFD模拟的混合式住宅小区布局对风环境改良的研究

文章旨在探讨衡阳市住宅小区的风环境问题,并提出优化方案。通过对该市不同季节的气象数据和现存建筑的模拟分析,研究发现建筑布局和围合形式对风环境有着显著的影响。因此,作者提出了针对冬季和夏季不同风向的方案,以改善住宅小区内部的风环境。本研究采用计算流体动力学CFD(Computational Fluid Dynamics)模拟技术模拟住宅小区周边的风环境,并控制改良后的模拟方案中的变量,以验证所提出的优化方案的可行性,同时对比分析不同方案的效果。结果表明,合理的调整建筑布局能显著优化其周围的风环境,改善通风并缓解局部风速过快的问题。证明CFD技术在未来住宅小区的规划上能提供更科学合理的方案。希望本研究能为未来同类型研究提供参考。

基于空间极坐标卷积的流体动力学预测

流体作为自然界中最基本的物质之一,对其模拟往往需要在精度和效率之间进行取舍。为此,提出了一种端到端体系化的新型卷积网络流体模拟器——PolarNet。首先,将粒子数据转换为三维极坐标表示,设计了PolarConv空间卷积结构。其次,结合物理流体模拟器,构建了四层网络结构,设计了网络流体模拟器PolarNet,实现流体的端到端预测。此外,精心设计了基于物理的约束,以强化流体的不可压缩性。实验结果表明,与传统基于建模模拟器相比,PolarNet在提高流体边界的精确性和保持不可压缩性方面有显著提升,同时保证了效率。相较于其他基于学习的流体模拟器,得益于极坐标的空间紧凑表示,PolarNet在具有更少训练参数的情况下,保持了最高的预测稳定性。PolarNet为多模态信息处理提供了新的方法和视角。

规则球床堆熔盐流动压降与对流换热CFD模拟

球床堆复杂的几何结构导致直接建模进行热工水力模拟非常困难,一般使用多孔介质模型简化处理,但多孔介质已有的压降和对流换热公式在熔盐冷却球床中的有效性仍待验证。本文基于固态燃料熔盐堆建立了6 cm直径小球的规则球床模型,给定球床进口熔盐流量和球壳发热功率,模拟了球床内的稳态流动与换热,计算了对应的压降和对流换热系数,并分别得到了球床压降、对流换热Nu随球床内流动Re变化的曲线。对比发现:模拟压降结果与已有公式差异较大,而模拟对流换热Nu结果与已有公式的差异相对较小。结合模拟结果和已有的公式,拟合得到了修正的压降和对流换热Nu公式。将修正公式应用于3 cm直径规则球床中,结果表明多孔介质修正模型与直接模拟结果一致。

街道峡谷内颗粒物扩散沉积的数值模拟研究

采用计算流体动力学(CFD)技术,模拟分析了孤立街道峡谷内气流运动和颗粒物的扩散沉积.计算中选取中低来流风速(3,5,10 m/s)和高来流风速(20 m/s),颗粒粒径范围为0.01～10μm.得到了峡谷内气流速度场、颗粒运动轨迹和颗粒在建筑物不同表面及地面上的沉积率.结果表明,颗粒在地面上的沉积率明显高于在建筑物各表面上的沉积率;来流风速一定时颗粒在峡谷迎风面、背风面、建筑物屋顶及地面上的沉积率都对粒径的变化不敏感,中低风速范围内颗粒在建筑物各表面和地面的沉积率都对风速变化不敏感;在峡谷迎风面及地面上,颗粒在高风速下的沉积率明显大于中低风速下的沉积率,而在峡谷背风面及建筑物屋顶上,颗粒在高风速下的沉积率明显低于中低风速下的沉积率;在中低风速下,颗粒在背风面的沉积率高于在迎风面的沉积率,而在高风速下,颗粒在背风面的沉积率却低于在迎风面的沉积率.

激光CVD法制备纳米微粉的流动场模拟

本文简要介绍了采用激光诱导化学气相合成技术制备各种纳米微粉材料的原理及特点 ,建立了描述反应合成室内气体运动的流体动力学模型 ,提出基本假设、公式及质量源和热量源的处理方法 ,通过数值计算得到流动场的模拟结果 。

CVD法制备ZnS反应气体流动状态模拟

介绍了采用化学气相沉积(CVD)技术制备ZnS的原理及特点,提出用气体流形模拟研究目前生长过程中沉积厚度均匀性、长时间沉积稳定性以及重复性等问题。选择了合适的描述沉积室内气体运动的流体力学和表面反应动力学模型,利用流体力学的偏微分方程组(Navier-Stokes方程组),通过数值计算,得到沉积室内的速度场及流动场的模拟结果。比较可得在一定流速比下,采用环形主气流及横截面小的沉积室,可大大提高沉积室纵向生长均匀性。

基于CFD模拟的高密度街区交通污染物分布

高密度城市街区的空间特征对其内部交通污染物的浓度分布有显著影响.为研究高密度城市街区中交通污染物扩散和分布的影响因素,建立了深圳市某高密度街区的空间模型.以东北、西南偏南两个典型风向上模拟的PM2. 5和氮氧化合物浓度作为交通污染物积累的量化指标,采用计算流体动力学模拟的方法,对室外交通污染物的扩散进行数值模拟.结果表明,道路上的交通污染物浓度明显高于建筑组团内部的;尽管污染物的排放可能会引起街区内某些位置的污染物累积,但城市绿化和城市通风廊道等开放空间可能会促进交通污染物的稀释;建筑物形态以及下冲风对交通污染物的扩散有影响.

超临界CO_2磨料射流流场影响因素的模拟分析

为了揭示超临界CO2磨料射流流场特性,利用计算流体动力学模拟软件,对超临界CO2磨料射流结构及不同因素对射流流场的影响规律进行了研究。结果表明：超临界CO2磨料射流轴向速度和冲击力随着喷距的增大,先增大后减小,即存在最优喷距,喷射压差为10~30 MPa时最优喷距为3~6倍喷嘴直径;喷射压差一定时,围压由10 MPa增至30 MPa对射流速度场及液相冲击力会造成较小的负面影响。通过超临界CO2射流破岩实验对上述2因素进行了辅助对比验证;流体温度由333K增至413K,固液两相轴向速度增大,而流体密度降低,导致液相冲击力减弱;磨料浓度由3.0%连续增至11.0%,射流固液两相轴向速度逐渐降低,降幅逐渐减小。

舰载燃气轮机间冷器内部流动的三维数值模拟

板翅式换热器是舰载燃气轮机首选换热器形式。针对平直型翅片的矩形通道的结构特点,建立了流动换热分析的耦合计算模型,采用计算流体动力学(CFD)方法对间冷器的通道流场进行了数值模拟。给出并分析了计算区域内多个截面的温度、压力、速度、局部传热系数等参数的分布图形和变化趋势,并考察了不同工况下间冷器的工作能力。