基于CFD-DEM算法的气力输送气固两相流特性分析

超轻粉体颗粒由于质量较小,在运输过程中易受气流扰动而飘散,物料的管道气力输送过程不稳定,易发生堵塞。为了研究超轻粉体颗粒在旋流气力输送中气固两相流流动特性,采用计算流体力学与离散单元法(CFD-DEM),对Komax型静态混合器内气固两相流动特性进行数值模拟研究。研究发现,带有Komax型元件的水平管道可以改变颗粒的流动情况,改善了水平管道内颗粒堆积和分布不均匀的现象;分别从颗粒相和流体相的流动状态分析得到元件长径比Ar=3时为最优几何结构;通过正交实验极差分析得到影响气固两相流动特性的因素顺序:输送气速>颗粒质量流量>颗粒粒径。当元件Ar=3时,颗粒-颗粒和颗粒-管壁的碰撞次数与碰撞强度呈现负相关,结合出口颗粒流分散状态,优选输送气速为3~4m/s;主要考虑输送气速对管内压降的影响,提出了带有Komax型元件的水平管道气力运输过程中压降与输送气速和轴向位置的经验拟合式。

二氧化碳膜分离材料及其性能研究进展

碳捕集、利用与封存技术是能源行业绿色发展的重要途径。与化学吸收法、变压吸附法和低温蒸馏法等传统工艺相比,膜分离法具有低能耗、高效率、小型化、环境友好、易与其他技术集成等优势。目前,膜材料的选择、改性以及对膜结构的重构是提高膜材料分离性能的关键。该文总结对比了有机聚合物膜、无机膜及混合基质膜的研究进展,并对其分离机理、材料及性能进行了介绍,重点综述了材料的改性研究及用于制备混合基质膜的填充材料,展望了CO_(2)分离膜材料性能改进的研究方向及膜分离技术所面临的挑战。

基于两性离子的纳滤膜抗污染改性方法研究进展

纳滤膜对水中污染物的分离截留性能优异,膜污染控制和抗污染强化是该技术发展的研究热点。纳滤膜改性是强化纳滤膜抗污染性能的方法之一,基于两性离子材料的改性纳滤膜凭借两性离子材料静电作用与水分子结合的特性,在渗透性和抗污性方面表现优秀。系统综述了强化抗污染的两性离子纳滤膜的改性方法,包括涂覆法、接枝法、界面聚合法、自组装和共混掺杂法等,并阐释了各方法所制备纳滤膜的抗污效能和适用条件,最后对各改性方法做出了展望,以期为两性离子材料在纳滤膜改性和实际应用中的研究提供参考。

高气液比井下气液旋流分离器结构设计与性能分析

针对井下高气液比工况气液高效分离难度大的问题,提出了一种旋流-重力耦合式井下气液分离器结构。结合实验研究、数值模拟及实验设计方法,对气液分离器结构参数进行显著性分析和优化设计,建立显著性结构参数与气液分离效率间的数学关系模型,确立了结构参数的最佳匹配方案。分析了入口流量、压力及气液比对气液分离器性能的影响规律。结果表明,重力沉降与旋流分离的结合设计可以实现高气液比条件下的液相沉积,进而实现气液两相的高效分离。分离器的分离效率随着进液量升高而升高,增幅逐渐趋于平稳。随着气液比增大,分离效率呈现先增加后降低的趋势。得出该气液分离器的最佳进液量为42m^(3)/d,最佳入口压力2MPa,最佳气液比为700∶1,在最佳工况下分离效率为97%,模拟结果与实验结果呈现出较好的一致性。研究结果将为高气液比条件下气液分离装备研发提供新的思路和参考。

堵塞工况下水力旋流器流场特性及性能分析

为研究水力旋流器在井下出现堵塞问题而产生的流场及性能变化规律,以井下倒锥式水力旋流器为研究对象,采用数值模拟与实验相结合的研究方法,对旋流器在六种不同堵塞工况下的流场特性及分离性能进行深入分析,并提出一种流场不对称性的定量表征方法,明确其在不同堵塞工况下旋流场变化及平均偏移不对称情况。结果表明,在三条紧邻流道堵塞的工况中,切向速度及轴向速度的平均偏移不对称率均产生最大值分别为67.82%和34.99%;相对于无堵塞工况,六种不同堵塞工况的平均压降均有所上升,分离效率均有所下降,其中工况六在四条紧邻流道堵塞的工况中,平均压降最大,分离效率最小。通过实验开展不同工况下的分离性能分析,实验结果与模拟结果的平均误差为1.22%,呈现出较好的一致性,为本文数值模拟方法的准确性提供了验证。

采用温度梯度的干燥反应器H_(2)O穿透深度评估方法

针对空间站CO_(2)去除系统中干燥反应器对H_(2)O穿透深度缺乏直接评估手段的问题,提出利用干燥反应器内部温度传感器的温度梯度特性来间接评估的方法;根据硅胶材料吸附H_(2)O放热、脱附H_(2)O吸热的物理特性,结合温度传感器在干燥反应器中的深度位置,分析了不同边界条件下温度传感器数据曲线在吸附及解吸周期内的变化特性,提出反映干燥反应器H_(2)O穿透深度的指标集和评估方法;并对所提方法在系统的密闭舱试验中进行了验证,验证结果表明了指标集的合理性和所提方法的有效性。

基于响应面法的过轴式旋流器分离性能优化

为解决旋流器在井下狭小空间内的适用性问题,提出一种新型过轴式旋流器,通过响应面法对构建的旋流器结构参数与分离效率间的数学关系模型进行结构优化。采用数值模拟方法,对优化前后旋流器在不同处理量与含水率条件下旋流器内流场特性及分离效率的对比情况开展研究。结果表明:优化后模型效率均优于优化前,优化后模型处理量在2—6.5 m^(3)/h变化,处理量为6.5 m^(3)/h时分离性能最佳,分离效率由60.30%增至97.10%;含水率在92%—99%变化,含水率99%时分离性能最佳,分离效率由93.15%增至99.72%。采用数值模拟与实验相结合的方法,对优化后旋流器在不同分流比条件下分离效率开展研究,数值模拟与实验结果呈现出较好的一致性,验证结构优化的可行性及数值模拟结果的准确性。

煤干馏用多个并联分离器结构优化

针对原并联分离器入口管路和升气管出口管路堵塞等问题,研究了煤干馏过程中并联旋风分离器入口管路、升气管出口管路结构型式对管路内流体的影响,对结构进行了优化,并与原结构进行了对比。结果表明:通过在入口管路增大弯头角度以及减少弯头个数,能有效降低管路整体压降,相比原管路结构,优化后管路压降下降约为75%;采用三通管可防止弯头外壁侧气速较低,避免颗粒在低速区沉积并发生堵塞;采用切入式升气管可有效改善排气管内由于旋流导致的低速区以及不稳定流动问题,能够避免颗粒堆积;通过延长盲端管路高度可有效减少涡流对分离器流场的影响,综合流场以及压降分析,升气管的盲端高度为700 mm时最为适合。工业上整体系统运行周期从3个月延长至6个月以上,相比原结构,压降降低约48%。研究可为并联旋风分离器在工程上的设计和应用提供指导。

聚结构件形式对管式油水分离器油出口含油率的影响

为了对比不同结构形式聚结构件对管式油水分离器油出口含油率的影响规律,为工程设计选型提供技术支持,通过CFD方法分析了正V形斜板、倒V形斜板、传统斜板和蛇形背向折板4种不同聚结构件作用下的浓度场和油出口含油率,并探究了正V形聚结构件在单一条件下的最适宜结构参数。结果表明,在所研究的流速(0.05~0.35 m·s^(-1))内,4种聚结构件中正V形构件具有最好的油出口含油率,蛇形背向折板与倒V形斜板位列第2、3位,传统斜板最低;随着进口流速的增大,4种聚结构件油出口含油率均相应降低,其中传统斜板下降速度最快,正V形斜板与蛇形背向折板下降最慢,相差不大,而倒V形斜板下降速度居中;利用控制变量法确定了正V形构件与壁面间距C=10 mm、水平夹角θ=60°时油出口含油率最高。

喷雾热解法加热壁温对铈锆固溶体生产过程的影响

【目的】为了探究喷雾热解过程中加热壁温对铈锆固溶体生产过程的影响,分析热解炉内的流量场和浓度场的变化情况,实现对热解炉的设计优化。【方法】采用数值模拟的方法,建立喷雾热解炉的物理模型,分别探讨加热壁温对铈锆固溶体在热解炉的不同阶段及热解炉中水蒸气分布和HCl分布的影响。【结果】当热解温度为850℃时,液滴的反应主要分2个阶段,在炉膛高度为0~0.05 m处,为加热蒸发阶段,在炉膛高度为0.05~0.6 m处,为稳态热解阶段。当炉壁温度为550~650℃时,在炉膛高度为0.9 m处温度变化放缓,喷雾处于稳定热解阶段;而壁温在750~850℃时,在炉膛高度为0.6 m处温度变化放缓;当壁温为850℃时,在炉膛高度为0.1~0.6 m处的温度曲线斜率最大,液滴达到稳定蒸发阶段的时间缩短,水分蒸发变快,热解时间变短。【结论】炉壁加热区的温度越高,HCl生成的速度越快,速度的最大值越小,在炉膛高度为0.4 m处速度变化最大,达到1.6 m/s左右;并且整体HCl生成的量随温度的升高而增大,平均速度变化随着热空气温度的升高而减小。

基于允许可靠度的薄壁圆筒静强度安全系数

为建立钢制单层承压薄壁圆筒静强度的可靠性设计技术,当圆筒静强度与载荷分别符合正态分布且静强度分布参数为区间值时,应用概率论知识,构建了圆筒静强度在不同工况的可靠度系数、安全系数和工况系数三者之间的关系。研究表明:1)在一般气压试验或气液组合试验时,圆筒屈服强度的允许可靠度系数应不小于1.549且不超过2.115,爆破强度的允许可靠度系数应不小于4.081且不超过5.414。2)在一般液压试验时,圆筒屈服强度的允许可靠度系数应不小于0.605且不超过1.005,爆破强度的允许可靠度系数应不小于3.304且不超过4.430。3)在正常操作时,圆筒屈服强度的允许可靠度系数应不小于1.961且不超过2.484,爆破强度的允许可靠度系数应不小于4.280且不超过5.456。4)在允许可靠度系数满足上述取值范围,且工况系数符合中国标准时,圆筒屈服安全系数可取1.40,爆破安全系数可取2.00。

静态混合器结构优化设计与流场特性分析

为油田高能效驱油以提高原油产量,针对SK型和SX型静态混合器混合单元结构,通过创新设计和三维建模开发多重螺旋混合单元静态混合器,基于静态混合原理,利用FLUENT数值模拟软件,采用有限体积法,对所开发混合器内流体的流场进行仿真分析,研究该结构静态混合器的流动特性,结果表明,该种静态混合器使流体产生剪切和正反向涡旋作用,流体被充分扰动,混合均匀,满足油田注聚驱油要求,可为油田开发新型高效静态混合器提供一定技术支持。

机械蒸汽再压缩蒸发结晶系统自适应逐时优化研究

为实现工业废水处理过程中进料流量和进料浓度波动状态下的机械蒸汽再压缩系统逐时优化,建立了基于自适应SPAE2算法的逐时优化模型。采用SPEA2算法并结合自适应交叉概率、变异概率以及组合权重法的多目标逐时优化,以系统总功耗和总换热面积为优化目标,得到蒸发温度、压缩温升的最优组合。在原始研究的基础上,改进了SPEA2算法,并且将原始数据与优化结果进行对比,自适应SPEA2算法具有更强的全局寻优能力,优化结果具有更高准确性。利用最小二乘法对优化结果进行数据拟合,优化结果与恒定蒸发工况下结果相比:系统总功耗平均降低123.7 kW,换热面积平均减少36.3 m^(2);性能系数和㶲效率分别平均提高8.8%和26.6%,㶲损失平均降低102.3 kW。研究结果表明,所建立的系统逐时优化模型可以得到系统进料波动状态下各设备参数逐时变化值,提高了目标系统的能量利用率和热力学完善度。

声共振混合器高黏度流体混合的功耗特性研究

声共振混合利用机械共振产生高加速度振动,从而促进流体流动,其功耗特性对于其设计及应用具有重要作用。为研究声共振混合器的功耗特性,基于CFD建立了声共振混合过程仿真模型,分析了高黏度流体声共振混合过程壁面对物料的作用力和做功功率,探究了黏度和振动参数改变对混合器功耗特性的影响,并建立了声共振混合器混合功率的预测函数。研究结果表明,在混合过程中,壁面对液相做功的瞬时功率呈现先减少后稳定波动的趋势,而有效功率呈现先增加后稳定波动的趋势,这种不同的变化趋势是由于两者的相位差发生变化所导致的。增加振幅、频率或等加速度下低频大振幅都能够增加瞬时功率和有效功率,并减少液相进入稳定流动阶段所需吸收的外界能量。

非牛顿流体在叶片式静态混合器中的传热强化特性

非牛顿流体在化学、食品和材料等领域具有关键作用,但高表观黏度使其通常具有低传热特性。叶片式静态混合器作为一种高效的传热强化设备,在化工过程强化中具有鲜明的技术特色。本文针对非牛顿流体在Kenics静态混合器(KSM)和Lightnin静态混合器(LSM)内的流动和传热特性进行了比较研究。重点分析了体积流量、元件长径比及流体浓度等参数对羧甲基纤维素(CMC)幂律流体的流动及传热影响。结果表明,在相同工况下,随着CMC溶液的体积流量增大,管道内的换热系数和压降均增大。静态混合元件的插入使得换热系数和压降显著提高且Lightnin元件产生的影响更明显。元件长径比和CMC溶液浓度影响流体在管道内的流动和换热。随着长径比的减小,传热性能得到提高,但其增大的阻力系数影响占据主导地位,综合换热性能系数(PEC)降低。溶液浓度的增大使得管道换热能力逐步削弱,并对管道内压降的提升有显著影响,综合换热性能降低。总结得出,在体积流量为4.5×10^(-4)m^(3)/s,质量分数为0.374%、长径比为3.0时,KSM的PEC最大为2.114。

外筒结构对轴流导叶式气液分离器分离性能的影响研究

气离心分离器因体积小、效率高而受到广泛的应用,提出了一种结合重力分离和离心分离的可处理复杂、不稳定两相流动的新型气液分离器。通过数值模拟对外筒结构进行优化并设计了气液分离试验以验证该分离器的分离性能。研究表明,随着分离器内外筒高度比的增大,分离效率会缓慢增大,压降也会随之增大。随着内外筒直径比的增大,分离效率会显著增大,压降会随之减小。

井下旋流分离管柱的振动特性研究

为研究旋流分离管柱在注入泵和采出泵两螺杆泵抽吸条件下的振动特性,对其进行模态分析和瞬态动力响应分析。结果表明,不同工况下,旋流分离管柱的固有频率有所不同;固定注入泵一端和固定采出泵一端相比,固定采出泵一端各阶固有频率较小;螺杆泵转动引起的激振力和内部流量变化都会导致管柱变形,其中螺杆泵转动对旋流分离管柱变形影响较大;相对于固定采出泵,固定注入泵条件下旋流分离管柱产生的振动位移更大,是旋流分离管柱自身结构和注入泵转速产生更大激振力综合作用导致的结果;控制两个螺杆泵工作状态的时间差,理想情况下可以控制旋流分离管柱的总变形。

穿孔对穿孔型Kenics静态混合器混合性能的影响

为了提升传统Kenics静态混合器的混合效果,在传统螺旋插入带结构中引入穿孔结构,设计出穿孔型Kenics静态混合器。采用浓度变异系数评估穿孔内径(d)、穿孔间距(S)、混合单元长径比(Ar)对穿孔型静态混合器混合性能的影响。模拟结果表明,设置的穿孔结构会显著改变流体的流动状态,在穿孔处区域产生加速流动,进而提升混合器的混合性能;随着d的增加,流体之间的对流和交换作用逐渐增强,混合效果逐渐增强,但随着d的持续增加,导致混合器内部螺旋通道被破坏,混合效果反而减弱;仅改变S对混合效果没有明显影响;对于相同的混合器长度,Ar的减小导致混合元件数量增加,液体之间的扭转、剪切效果增强,混合器混合效果更好。

分体式自清洗工业废气余热回收装置设计

为解决化纤生产废气余热回收装置运行一段时间后因污垢层积而换热效率下降的问题,提出一种分体式自清洗工业废气余热回收装置。设计了分体式换热器,采用PLC控制刷洗机构、拉板小车和高压喷头,实现了换热翅片管排的自动分合和清洗功能。测试结果显示,分体式自清洗工业废气余热回收装置能维持较高的换热效率,较原有整体式装置效率提升大约5%,清洗时间由10h缩短为2.5h。该余热回收装置可提高能源利用效率,降低生产成本,减少维护时间,为低品位热能回收利用提供了参考。

NB/T 11026-2022《板壳式热交换器》简介

板壳式热交换器是适用于大型化、高参数苛刻环境的高效换热设备,但一直缺乏产品标准对其设计、制造、检验、验收和使用等进行统一规范。从编制的角度对NB/T 11026-2022《板壳式热交换器》的编制背景、编制原则、适用范围、设计理念、设计准则及关键技术要点等进行了简要介绍。