防波板对罐车模型内液体晃荡影响的试验研究

罐车属于典型的移动式压力容器,在危险化学品运输中占有重要的地位。研究防波板对罐车液体晃荡产生冲击载荷的影响对于罐车的设计、防翻滚等具有重要意义。本文针对典型罐车模型进行试验,研究了载液高度、激励频率、激励幅值对液体晃荡引起的冲击载荷的影响,对比分析了有无防波板时自由液面的形状、罐车端面和防波板位置的冲击载荷峰值。试验结果发现:防波板会改变自由液面的固有频率,自由液面剧烈晃动的激励频率较无防波板时增大;防波板能有效降低相同激励频率和激励幅值下的冲击载荷峰值。在试验的激励频率范围内,中等载液高度时,防波板自由液面处的冲击载荷峰值大于同高度的罐车端面;高载液工况下,在自由液面以下的位置,罐车端面受冲击载荷峰值变化比防波板明显。在本研究基础上,通过实际罐车参数和液体晃动数值模拟,可对罐车和防波板的结构设计和优化提供指导。

煤粉耦合生物质气协同降低NO_(x)和CO_(2)的排放技术

针对我国提出的“双碳”目标,以某350MW煤粉/生物质气混烧锅炉为研究对象,数值模拟了生物质气的掺烧比和空气分级技术对炉内温度、NO_(x)和CO_(2)的生成量及煤粉的燃尽特性的影响。结果表明:增加生物质气的掺烧量和空气分级技术均会降低主燃烧器区的温度,温度由1539K降至1266K,炉内火焰中心上移。由于炉内还原气氛介质增加、主燃烧器区温度降低、生物质气中N_(2)的占比多及CO_(2)占比少的综合因素,煤粉/生物质气混烧联合空气分级技术能协同降低NO_(x)和CO_(2)的排放量,NO_(x)排放量由345μL/L降至88μL/L,CO_(2)排放量由22.90%降至10.67%。但煤粉混烧生物质气会减少煤粉颗粒在炉内的停留时间,建议通过增大炉膛高度、减小煤粉颗粒的粒径、将生物质气预处理到较高温度等方法提高煤粉的燃尽率。该研究结果可为煤粉/生物质气混烧锅炉的低氮和低碳运行提供技术支持。

基于试验和CFD模拟的稠油热采井口四通管冲蚀规律分析

目的分析稠油热采中含砂流体对四通管冲蚀磨损问题,明确失效机理及特征。方法采用金相分析仪对失效四通管损伤处材料ZG(J)35CrMo进行金相组织分析,并采用扫描电镜(SEM)对四通管进行冲蚀形貌微观检测,同时借助多相流冲蚀试验机对四通管材料ZG(J)35CrMo进行冲蚀试验,构建冲蚀预测模型,并通过单因素冲蚀试验对冲蚀预测模型进行验证。最后建立CFD-DPM-EPM(耦合计算流体动力学-离散粒子-冲蚀)数值模型,研究不同流体速度、颗粒粒径和质量流量对四通管冲蚀规律的影响。结果金相组织分析结果显示,失效四通管材料基体组织成分为索氏体、铁素体和贝氏体,表面发生轻微脱碳现象。扫描电镜分析结果显示,失效四通管内壁有明显的砂粒冲蚀形貌,材料无明显的材质劣化及脆断现象。单因素冲蚀试验验证了回归分析法构建的冲蚀模型的准确性。随着流体速度由5 m/s增加至25 m/s,四通管最大冲蚀速率增加了16.947倍;颗粒粒径由0.05 mm增加至0.2 mm时,四通管最大冲蚀速率减少了50%,而颗粒粒径由0.2 mm增加至0.4 mm时,四通管最大冲蚀速率增加了1.382倍;质量流量从0.15 kg/(m^(2)·s)增加至2.4 kg/(m^(2)·s)时,最大冲蚀速率增加了16.584倍。结论四通管失效主要由于颗粒冲蚀管道内壁,管道减薄到一定程度后,无法承受内部压力所致。四通管出口段肩部为冲蚀高危区。随流体速度的增加,四通管最大冲蚀速率呈指数关系增加;随着颗粒粒径的增加,最大冲蚀速率呈先减小后增大的趋势;当质量流量增加时,最大冲蚀速率呈线性关系增加。

氟化氢预反应器螺旋桨磨损腐蚀影响规律研究

以20#钢为研究对象,采用失重法和动电位极化法,通过螺旋推料的磨损腐蚀实验机,研究了料浆粉酸比(0.9、1.0、1.1)和螺旋轴旋转速度(25 r/min、35 r/min、45 r/min)对氟化氢预反应器内部磨损腐蚀的影响规律。结果表明:沿料浆流向磨损腐蚀速率降低,且桨叶处高于螺旋轴处;随着粉酸比的升高,静态腐蚀速率降低,但磨损腐蚀速率随粉酸比的升高先增大后降低,粉酸比为1.0时磨损腐蚀速率最大;随着螺旋轴转速增加,磨损作用越来越强,同时,还会加快腐蚀产物的脱落,从而使腐蚀作用也越来越强。

球罐内燃法焊后热处理热工计算方法改进

球罐作为一种高效的储存压力容器,被广泛应用于燃气、石油化工等行业。在安装过程中,由于体积庞大无法进行炉内焊后热处理,通常采用内燃法对球罐进行现场整体焊后热处理。为使其满足热处理标准规范的要求,制定合理的热处理实施方案非常重要,而焊后热处理热工计算是热处理方案制定的重要依据。目前国内球罐热处理热工计算方法还没有相关的标准规范,已有的热工计算方法过于保守,无法在热处理实施过程中提供指导,满足球罐热处理工艺仿真计算的需求。提出了改进后球罐内燃法焊后热处理热工计算方法,并对直径2.8 m球罐内燃法热处理耗油量进行测量试验,结果表明,改进后的球罐内燃法焊后热处理热工计算方法在对直径2.8 m球罐内燃法热处理耗油量计算时误差小于10%,可以较准确地对球罐内燃法焊后热处理进行热工计算。

稠油热采四通管冲蚀特性影响因素数值模拟研究

目的对稠油热采过程中的四通管进行气固两相流冲蚀研究,基于不同影响因素分析其冲蚀变化规律,并构建四通管最大冲蚀速率的预测模型。方法基于气固两相流理论,构建CFD-DPM-EPM数值模型,研究不同流速、颗粒质量流量以及颗粒粒径对四通管冲蚀的影响,预测四通管最大冲蚀速率发生位置及数值大小,并建立了关联流速、颗粒质量流量和颗粒粒径的四通管冲蚀速率数学模型。结果在四通管的肩部位置即竖直管与水平管交汇处和竖直管的封闭端顶部两处存在冲蚀,冲蚀模拟结果与实际失效四通管相吻合。随着四通管入口流速的增加,其最大冲蚀速率呈指数形式增长;随着颗粒质量流量的增加,其最大冲蚀速率近似呈线性增长;随着四通管内颗粒粒径增大,其最大冲蚀速率先减小后增大,存在冲蚀速率最小的临界粒径。构建的四通管冲蚀数学模型拟合值同模拟值对比,吻合度很高。结论四通管出口段肩部位置冲蚀速率高于封闭端顶部位置,肩部为冲蚀磨损高危区。因此在实际应用过程中要重点关注肩部的冲蚀磨损程度并及时进行防护处理,通过局部加厚或添加扰流内构件来减轻肩部冲蚀;同时要适当降低流速并尽可能减少颗粒夹带,以增加四通管使用寿命。

鼓泡床中基于气泡结构的多相反应模型

气固鼓泡床是一个流动、传热/传质和反应多尺度时空耦合的复杂系统。其中介尺度流动结构(如气泡)对于气固相间传递起着关键性的作用。为了准确描述气固流态化系统中的"三传一反"行为,需要在合理物理简化的基础上建立介尺度模型。提出了基于气泡结构的多流体反应模型,考虑了介尺度非均匀结构对于鼓泡床内气固相间反应的影响;定义了基于气泡的反应非均匀因子修正双流体(TFM)传质反应模型,从而使模型更加易用。通过鼓泡床内的臭氧催化分解反应模拟,对模型进行了初步验证,模拟结果与文献结果相符。

基于VOF法的球罐内液体晃荡数值模拟及载荷计算

储液设备在地震载荷下会产生随机、非线性的晃荡附加力。如何获取盛装液体的特种设备由晃荡产生的附加力,对于装置抗震安全性分析具有十分重要的意义。本文尝试通过计算流体力学模拟(CFD)计算振动载荷下的晃荡附加力,采用VOF(Volume of Fluid Method)方法耦合k-ε湍流模型,通过UDF(User Define Function)加载振动加速度载荷模拟了不同盛装量下的球罐液体晃荡过程,得到球罐内表面压力分布,并积分计算由于液体晃荡产生的附加力。模拟结果与实验数据相符,验证了VOF方法对储液装置晃荡研究的适用性。

火灾环境下CNG长管拖车气瓶不同结构泄压装置的响应规律

由于天然气在储运过程中存在着潜在的泄漏和爆炸风险,一旦发生事故就有可能造成人民生命财产的重大损失。因此国内外有关标准法规均要求安装泄压装置,以保证CNG气瓶在超温、超压工况下能安全泄放,降低事故风险。但由于国内外标准对泄压装置设计计算方法和计算公式不同,导致不同的泄压装置在火灾工况下的动作响应规律存在着差异。为此,针对不同结构型式、不同泄放面积的泄压装置,开展了大容积钢质无缝气瓶整体火烧工况的分析研究,以获取CNG长管拖车气瓶在受火工况下温度压力的变化规律,以及不同泄压装置在火烧环境下的响应规律。研究结果表明:(1)大容积钢质无缝气瓶按照API 521-2014、CGA S-1.1和GB 16918—1997设计的泄压装置均能够满足大容积钢制无缝气瓶整体受火安全泄放的要求,考虑到可能引起二次灾害的CNG气体,推荐使用API 521-2014或CGA S-1.1计算最小泄放面积;(2)在火焰被钢板隔绝的情况下,泄压装置的热传导受阻,单爆破片结构往往比爆破片+易熔合金的组合结构先动作;(3)大容积钢质无缝气瓶在火灾环境下,泄放装置开启后,气体温度变化规律受泄放面积的影响较大。结论认为,该研究成果可以为CNG长管拖车气瓶泄压装置的标准制订和选型提供技术支撑。

原料油汽化特性对催化裂化反应结焦过程影响的CFD模拟

为考察原料油汽化特性影响,在一套百万吨级工业FCC提升管中,基于多相欧拉模型耦合EMMS曳力和传质、油滴汽化和十二集总反应动力学模型,采用三维CFD模拟研究气液固三相流动、汽化、反应、结焦的复杂过程,新开发结焦预测模型定量预测结焦状况,对比研究不同原料油雾化液滴粒径和起始汽化温度下各相和反应组分浓度场、温度场分布和结焦程度。结果表明,模拟方法可较准确预测汽化、反应生焦和结焦过程,不同雾化液滴粒径和起始汽化温度通过流场分布和汽化快慢影响液相油滴汽化率和反应转化率;合适液滴粒径(60μm)和起始汽化温度(654 K)可提升轻油、汽油、液化石油气目标产品收率并改善结焦程度。

纤维缠绕大容积气瓶火烧试验及数值仿真

为研究火灾环境下纤维缠绕大容积气瓶安全性能,开展气瓶火烧试验,并利用计算流体动力学(CFD)方法对气瓶火烧试验过程进行数值仿真,分析燃烧温度分布、气瓶外壁热流密度分布及瓶内气体压升、温升变化。对比分析试验和仿真结果,发现正对火焰的气瓶瓶体底部热流密度高,且易导致局部失效,气瓶内气体温度分布不均匀;模拟结果与试验结果吻合良好,说明用数值仿真技术可得到较准确的气瓶等压力容器火烧试验过程中容器内流体的热响应特征。

含凹坑缺陷稠油热采井口用四通管的冲蚀数值模拟研究

为研究凹坑缺陷对稠油热采井口四通管冲蚀失效的影响,采用计算流体力学(CFD)对四通冲蚀过程进行了数值仿真试验。计算流体力学仿真采用欧拉-拉格朗日气固两相流模型耦合试验分析修正的含砂颗粒冲蚀模型。首先,通过实际的井口四通管失效案例与冲蚀仿真结果的对比,验证了该模型的有效性;然后,利用该CFD模型研究了井口四通管的凹坑缺陷位置对四通管冲蚀损伤速率及损伤发展的影响规律。研究结果显示,当初始凹坑缺陷位于非易冲蚀部位(直管段)时,对四通管的冲蚀速率的影响不大;凹坑缺陷位于易冲蚀部位(肩部位置)且缺陷较浅时,四通管最大冲蚀速率将成倍增加;随着缺陷深度加深,最大冲蚀速率则逐渐降低;而随着肩部缺陷底面边长增加,最大冲蚀速率呈现先增大、后减小的趋势。

MTO前脱丙烷分离流程模拟及优化

甲醇制烯烃(MTO)分离流程的性能直接影响目标产品质量和整体收益。早期MTO深冷分离流程复杂、能耗高,已逐渐被现有中冷油吸收分离流程所取代。通过流程模拟,本文对比考察了几种已工业应用的MTO前脱丙烷分离流程。结果表明,现有MTO前脱丙烷分离流程主要差异在于脱丙烷系统和脱甲烷系统;脱丙烷系统中采用高、低压脱丙烷塔,较凝液汽提塔+脱丙烷塔型式可节省能耗;脱甲烷系统中采用预切割-油吸收双塔或油吸收-汽提双段单塔型式,较单脱甲烷塔型式可节省丙烷吸收剂用量(约29%)。现有流程都存在吸收剂循环回路过长导致循环内各塔操作负荷和设备投资增大问题。由此,提出的一种吸收剂短回路MTO前脱丙烷分离流程,可在不增加能耗的基础上,降低塔设备投资。

重气瞬时泄漏扩散的湍流模型验证

重气瞬时泄漏扩散研究对于保障公共安全等具有重要意义,数值模拟已经成为重要的研究手段之一,但湍流模型对重气扩散模拟的影响还需进一步探讨。本文利用CFD软件对英国健康和安全执行局(HSE)开展的氟利昂12场地扩散实验进行了模拟,分析了在相同边界和初始条件设置下2种不同进口湍流条件和3种不同湍流两方程模型Standard k-ε、Realizable k-ε、RNG k-ε对扩散介质浓度分布的影响,结果表明湍流初始边界对于模拟结果影响不大,而采用Realizablek-ε模型的模拟结果与实际情况更接近。

基于热厚修正法的生物质热解动力学分析

本文基于宏观能量守恒建立了热厚修正法(TTCM),按照热厚分区的方式对挥发分析出单速率方程中参加析出过程的挥发分含量进行修正,根据生物质粉末热解动力学方程得到其成型燃料的拟合热解动力学方程,为生物质成型燃料燃烧炉数值仿真提供合适的热解动力学参数,通过对松木粉末热解动力学方程进行修正,得到粒径11.11 mm的松木成型燃料的热解动力学的指前因子为6.61×10^(2)min^(-1)、活化能为54.71 kJ·mol^(-1),并以民用生物质炉燃烧实验为依据进行修正前后的仿真计算。结果表明:较修正前相比,修正后的挥发分析出速率与实验更匹配,不会因挥发分析出量远大于实验值而造成不完全燃烧现象;生物质成型燃料燃烧炉模拟结果的温度分布和烟气中O_(2)、CO含量更加接近实验值,偏差均小于20%。

掺混VOCs废气的燃烧特性及NO_(x)排放研究

为开发石化加热炉协同处理挥发性有机物(VOCs)技术,采用数值仿真方法研究了同轴伴流燃烧器空气侧掺混丙烷时,不同掺混比(0~2.1%)对甲烷燃烧特性的影响。在过量空气系数均为1.2的条件下,研究固定燃料气流量和固定进炉发热量两种工况,分析丙烷掺混比对温度场分布和氮氧化物排放量的影响。结果表明:丙烷掺混比的改变,均会使温度场分布和氮氧化物排放量发生变化,但相比于固定燃料气流量工况,固定进炉发热量时两者变化均较小,燃烧稳定性较好.