浸入运动边界-格子Boltzmann方法4种固含率计算方法对比研究

为了达到流固耦合,格子Boltzmann方法(LBM)可采用浸入运动边界法(IMB)实现移动颗粒边界上的无滑移条件.该耦合方式(IMB-LBM)中固含率计算方法对流固耦合计算精度和效率有影响.对常用的固含率4种计算方法,即蒙特卡洛法(MCM)、单元分解法(UDM)、近似多边形法(APM)和闭合边界法(CBM),分别阐述其具体算法,对比了它们的计算精度和计算效率;最后通过圆盘颗粒非连续变形分析方法(DDDA)与IMB-LBM耦合模型下的一个多颗粒沉降流固耦合算例,对比分析了它们在流固耦合计算过程中的耗时.结果表明:1)CBM无误差,MCM和UDM在随机点数取1000,子单元数取100时误差稳定在1%以下,APM在颗粒直径大于格子长度10倍时,误差小于0.44%;2)MCM和UDM的计算精度及耗时分别与随机点数和子单元数相关,它们的计算耗时大于APM和CBM;3)计算效率上,APM>CBM>UDM>MCM,其中CBM计算耗时略微大于APM,APM和UDM计算耗时分别比MCM少2个和1个数量级.该结果可为IMB-LBM耦合模型中固含率计算方法优选提供借鉴.

波纹片对臭氧催化氧化反应器的流体力学和气含率分布的影响

干塔压降、湿塔压降、液泛气速是评价臭氧催化氧化反应器性能的重要指标,直接影响反应性能和综合能耗。本文将一种结构导向波纹片放置于散堆填料中,构建了A、B、C型规整填料,研究了波纹片数量对臭氧催化氧化反应器的流体力学和传质性能的影响。使用计算流体力学(CFD)软件的多孔介质模型,计算了臭氧催化氧化反应器中填料的干塔压降及臭氧的气含率分布。结果表明,在散堆填料中放置波纹片后,平均干塔压降降低了30%左右。在相同的气相动能因子(F)下,4种填料的干塔压降从高到低顺序为:散堆填料>A>C>B。在喷淋密度L=26.09 m^(3)·(m^(2)·h)^(-1)时,相比散堆填料,B型填料的湿塔压降平均降低了约14.73%。干塔压降值的计算结果与实验结果有良好的一致性,臭氧的气含率分布更均匀。

气液固流化床气泡特性及气含率预测模型

气含率及气泡直径会直接影响流化床内的反应进程及传质效率,为更好地认识局部流动结构,径向气含率及气泡直径分布成为重点研究内容,特别是径向气含率预测模型的建立具有重要意义.已有平均气含率预测模型都有各自的适用范围,对不同实验体系的应用会表现出局限性.针对以上问题,本文结合电导探针测量法与流体仿真技术,以直径为100 mm和高度为1.5 m的气液固流化床为研究对象,系统地研究了在气相表观速度为0.014~0.283 m/s、液相表观速度为0.007~0.028 m/s、液相黏度为1~40 mPa·s、液相表面张力为0.053~0.072 N/m及固相体积分数为0~30%条件下径向气含率及气泡直径分布特征.结合本实验系统及相关研究数据,提出一种适用于气液固系统的平均气含率预测模型.基于此预测模型,进一步考虑气相表观速度及表面张力对径向气含率分布的影响,采用粒子群优化算法建立气液两相体系的径向气含率预测模型.结果表明:两相及三相体系平均气含率预测模型充分考虑了气液相表观速度、液相物性、固相物性及管径对平均气含率的影响,相比现有经典平均气含率预测模型,拓宽了适用范围并提高预测精度,其平均绝对百分比误差(mean absolute percentage error,MAPE)分别为17.14%和18.36%,超出90%数据点的相对误差在±30%之内.径向气含率预测模型对靠近管道中心处的气含率预测更加准确,其MAPE可达到12.26%.以上预测模型的建立对理解管内全局及局部传质问题、流化床反应器设计都具有指导意义.

高长径比环流反应器中气、固含率的轴向分布研究

在高长径比(H/D=22.2)内环流反应器中,常温常压下,以空气-水-石英砂为物系,研究了表观气速和固体装载量对平均气含率、下降区气含率、上升区固含率、下降区固含率的影响,以及上升区气含率、固含率随轴向高度的分布规律。结果表明:平均气含率、下降区气含率随着表观气速的增加而增加,随w(固体)增大而下降,w(固体)≤2.61%时,上升区固含率和下降区固含率与表观气速无关,w(固体)>2.61%时上升区固含率随表观气速的增加而下降,下降区固含率随表观气速的增加而增加;固定表观气速,w(固体)≤5.14%时上升区气含率和w(固体)≤2.61%时上升区固含率在轴向皆均匀分布;w(固体)>2.61%时,上升区固含率随着轴向高度的增加而下降。

上流式反应器气-液-固三相床层气含率模型研究

从热力学基本定律——熵增定律和能量最低定律出发,考虑系统宏观动能、势能及内能的转化,通过对系统各种能量的表达,建立上流式反应器气-液-固三相床层气含率与系统条件(如流体流速、黏度、催化剂物性)的定量关系。在热力学定律基础上,提出相关物理量“变动级数”的概念,结合不同操作条件和不同催化剂装填方案的冷模试验,研究流体及催化剂物性对床层气含率的影响规律。采用所建立的气含率模型拟合各种操作条件及多种催化剂装填方案下的试验数据,拟合平均相对偏差均小于5%,参数合理且能反映气、液、固三相性质对床层气含率的影响规律。建立一个优良的模型来描述上流式反应器气-液-固三相床层气含率,对上流式加氢工艺的研究具有重要指导意义。

高固含率搅拌槽内临界转速的CFD模拟

现有的针对液-固两相搅拌体系临界转速的研究多集中于低固含率体系,但工业中的高固含率体系十分常见。采用计算流体力学(CFD)方法对高固含率搅拌罐内的液-固两相流体流动进行了数值模拟,实现了对高固含率固-液搅拌罐内液固流动行为的直观预测,研究了颗粒物性(颗粒尺寸、颗粒密度)对颗粒悬浮特性的影响,结果表明,随着颗粒尺寸或颗粒密度的增加,颗粒的悬浮高度逐渐降低,最大固相体积分率增大。基于CFD方法的完全离底悬浮临界搅拌转速的预测方法,得到了高固含率搅拌罐内不同颗粒物性下关键参数离底悬浮临界转速Nc的变化规律:Nc随着固液密度差的增加而增加,随着颗粒直径的增加而增加;变化规律可用公式表示为:N_(c)^(∝)(ρ_(s)-ρ_(l))^(0.751 7),N_(c)^(∝)(d_(s))^(0.934 3)。

大型底吹炉气含率的数值模拟

利用数值模拟的方法,以大型底吹炉的气含率为参考指标,对气流入口速度、氧枪直径和熔池深度进行研究.结果表明:随着入口速度的降低,气含率的波动范围逐渐缩小;随着入口速度的增加,气含率逐渐增大,当入口速度超过270 m/s时,气含率增加幅度变小;气含率在较大的氧枪直径下波动范围更大,当直径达到60 mm时,瞬时气含率最大值可达6%;熔池深度在1.7~1.9 m处的气含率最大值均超过了4%,随后气含率逐渐减小,在熔池深度2.1 m处达到最小值,之后随着熔池深度的增加而逐渐增大.综合考虑,工艺参数优化区间为入口速度260~270 m/s,氧枪直径55~60 mm,熔池深度2.3~2.5 m.

三相环流反应器中的局部相含率

将压差法与气?液相间滑移速度相结合,提出了利用压差法测量三相区局部相含率的新方法,将测得的局部固含率进行轴向平均并与由颗粒装填量计算所得的固含率进行比较,证明了此方法的可靠性.利用所提出的测量方法,考察了三相环流反应器中气含率和固含率随操作条件的变化规律.结果表明,气含率随表观气速的升高而增大,且随轴向位置的升高而增大;大颗粒具有破碎气泡的作用,能够增大反应器内的气含率;固含率随表观气速的增加而降低,且沿轴向变化较大.表观气速较高时,固含率沿轴向近似呈S形分布.

充气量和循环量对浮选柱气含率的影响研究

浮选柱气含率的大小是影响浮选柱精矿回收能力和实际分选效果的重要参数之一。文章探讨了充气量和循环量对浮选柱平均气含率和轴向气含率的影响。结果表明:在相同循环量情况下,浮选柱内平均气含率随充气量增加而增加;在相同充气量情况下,浮选柱平均气含率随循环量增加而减小;在较小循环量和较小充气量的情况下,轴向气含率呈现底部大于顶部;在较大循环量和较大充气量的情况下,轴向气含率呈现底部小于顶部。

高固含率三相淤浆床反应器流体力学研究

在空气 -水 -甲醇合成催化剂、空气 -液体石蜡油 -甲醇合成催化剂两种系统中 ,研究了高固含率下 ,三相淤浆床反应器的平均气含率、床层压降、临界气速等流体力学性质 ;考察了各种因素的影响 ,并得到了气含率的经验关联式。

多室气升式环流反应器气、液、固三相相含率的研究

在一个四流道的多室气升式环流反应器中,以空气 水 聚苯乙烯为体系,考察了气体表观速率对气含率和固含率的影响。结果表明:某一上升室的气含率只与该室气体表观速率有关。上升室和下降室的气含率均随气体表观速率的增大呈现先增大后减小的趋势;上升室和下降室的固含率随气体表观速率的增大均呈现先减小后增大的趋势。同时在鼓泡流下,用漂流通量模型模拟了气含率,上升室和下降室气含率的计算值和实验值的平均相对误差分别为6.90%和9.04%;用无因次法建立固含率的关联式,固含率的计算值和实验值的平均相对误差为2.75%。

气-液-固三相循环流化床局部相含率分布

应用自行开发的微电导探针测试技术,以玻璃珠(dp=0·48mm,ρs=2460kg·m-3)和苯乙烯颗粒(dp=1·45mm,ρs=1264kg·m-3)为固相,空气为气相,水及0·05%、0·20%(质量)SCMC(羧甲基纤维素钠)水溶液为液相,对三相循环流化床(TCFB)的各相局部含率进行了同时测定.考察了不同表观液体速度、辅助液体速度、液体黏度及颗粒密度对局部相含率轴径向分布的影响.在不同操作条件下,获得了1286套局部相含率实验数据.给出了局部固含率和局部气含率与操作条件、流体物性及床层轴径向位置的关联式,关联式的计算值与实验值吻合较好.

双层桨结构自吸式反应器的气含率

根据单层桨自吸式反应器吸入的气体主要集中在反应器上部的缺陷,采用了4种桨型作为下层搅拌桨,并研究了下层桨桨径、桨间距和导流筒的影响。测定了釜内总气含率与釜下半部的气含率,发现下层桨不仅决定气含率在釜下部的分布情况,而且对自吸式桨的气体吸入量也有很大影响,与理论推导的结果完全吻合。找到了合适的搅拌浆组合形式,该组合符合流体力学理论,在工业装置上的应用取得成功。

加压浆态鼓泡床中固含率与气含率轴向分布的研究

在高6.6 m、直径0.3 m的浆态鼓泡塔中,采用动态气体逸出法研究了水-空气-石英砂体系中固含率与气含率的轴向分布。在表观气速0-0.24 m/s、固体质量分数(石英砂在水中的质量分数)0-23％、压力0.1-2.0 MPa范围内,考察了各种因素对固含率和气含率轴向分布的影响。实验结果表明,随着表观气速的增加和固体质量分数的减小,固含率的轴向分布趋于均匀;气含率随压力和表观气速的升高而增加;固体质量分数仅仅影响大气泡气含率和上升速率,而对小气泡气含率和上升速率的影响不大;在固体质量分数大于23％时,压力对气含率轴向分布的影响比较显著。

GLS-MALR中的气含率和循环液速

在1个四流道的气-液-固三相多室气升式环流反应器(MALR)中,以空气-水-K树脂为体系,考察了气体表观速率、固体装载量对气含率和循环液速的影响。结果表明,上升室的气含率随着该室气体表观速率的增加而增加,而随着另一上升室气体表观速率的增加而略有降低;下降室的气含率随着该室气体表观速率的增大而略有增加;上升室和下降室的气含率均随固体装载量的增加而降低;循环液速随着上升室气体表观速率的增加而增加,而随着固体装载量的增加而降低。在鼓泡流下,用关联式法建立了上升室的气含率模型;根据动量平衡原理建立了循环液速模型。气含率和循环液速的计算值和实验值的平均相对误差分别为±5.755%和±9.362%。

固含率·三相流化床流体动力学性质的影响因素

描述了载体对内循环三相流化床流体动力学性质的影响 .随着载体的加入量增大 ,气含率 (εg)、氧传递系数(Kα)、循环时间 (Tm)和混合时间 (Tc)均有减小的趋势 .同时 ,实验证明还发现气流量对流化床内载体的分布情况影响不大 .在分析了固含率对流体动力学性质的影响之后 ,得出固含率的最佳值为 3%～ 10

新型生物流化复合反应器的设计及气含率测定

鉴于对传统内外筒结构三相内循环流化床存在的一些不足 ,提出了一种新型的基于循环流化床原理的生物流化复合反应器。新型反应器采用蜂窝状断面结构 ,机械分离与气浮原理相结合的三相分离器。为了减少反应器运行中的能耗 ,筛选出了一种新型轻质橡胶载体。并且针对这种新型反应器进行了气含率的测定 ,得出在实验范围内总平均气含率随进气量呈直线上升 。

GLS-LR中相含率与循环液速的研究进展

介绍了气液固三相环流反应器(GLS-LR)的工作原理及类型,概述了GLS-LR的气含率、固含率、循环液速等特性参数的测量方法,并指出了其优缺点;讨论了这三个特性参数随操作条件的变化规律;汇总并评述了气含率与循环液速的预测模型。

旋流气升式环流反应器的局部气、固含率研究

新开发的有机玻璃制成的旋流气升式环流反应器高为2m、内径75mm,内部的导流筒(材料为PVC)高1.5m、内径30mm、壁厚1mm且装有10组扇形翅片。以空气-水为两相物系、空气-水-K树脂为三相物系,常温常压下,利用直接取样法和压差法测量了上升区局部的气含率、固含率,研究了不同底部间隙、不同固体装填体积分数下表观气速和轴向高度对上升区气含率、固含率的影响规律。结果表明:在均匀鼓泡流时上升区气含率随着表观气速的增大而增大,随着固体装载量的增加而下降;在非均匀鼓泡流时,三相物系的气含率高于两相物系的气含率。随着上升区轴向高度的增大,上升区局部气含率变化不大;底部间隙越大,气含率越小。在轴向高度较低时上升区固含率随着轴向高度的增大而减小,轴向高度较高时上升区固含率基本保持不变。

三相多室气升式环流反应器气含率的研究

在1个4流道的三相多室气升式环流反应器中,以空气-水-K树脂为体系,采用压差法测量气含率,考察了上升室气体表观速率、固体装载量对上升室与下降室气含率的影响。结果表明:上升室的气含率随着该室气体表观速率增加而增加,而随着另一上升室气体表观速率增加而略有降低;下降室的气含率随着该室气体表观速率增加呈现3种变化趋势,而随着另一上升室气体表观速率增加而略有增加。上升室和下降室的气含率均随着固体装载质量增加而降低。在鼓泡流下,根据流体力学平衡原理,建立了上升室气含率的模型;用关联式法得到了下降室气含率的模型,模型预测值与实验结果吻合较好。