多孔介质流动的直接数值模拟

基于计算流体动力学软件Fluent建立了一个二维DNS模型,研究了多孔介质中的流动阻力和压降.模拟时对填充的圆柱粒子采用了2种几何排列方式,即直排和叉排.DNS直排模型的压差为53.5Pa,接近于采用原始系数A=150,B=1.75的尔格方程计算结果55.6Pa.叉排模型的压差为65.1Pa,接近于采用修正系数A=180,B=1.80的尔格方程计算结果62.1Pa.对于真实多孔介质材料的模拟来说,圆柱形粒子叉排比直排更为准确.因此DNS结果确认了修正系数组(A=180,B=1.80)比原始系数组(A=150,B=1.75)更适合尔格方程模型.应用文中推荐的DNS方法,通过采用不同的粒子几何排列方式、填充不同形状的粒子可以进一步地预测尔格方程系数或改善其他的多孔介质模型.

车用吸附储氢系统的多尺度模拟

以车用吸附储氢系统为研究对象,根据能量守恒、质量守恒等基本原理,以D-A吸附方程、气体状态方程等热力学模型为基础,利用动态系统仿真工具Simulink、Comsol分别从系统、宏观等多种尺度建立了302K、10MPa条件下的车用储氢系统模型。对活性炭吸附储氢的充放气过程进行模拟,研究系统内压力、温度和吸附量的变化,并编写相应的接口程序将Simulink、Comsol两种模拟集成。最后对两种尺度的模拟结果和实验结果进行对比分析。Comsol、Simulink模拟结果都能和实验结果较好吻合。

层状床变压吸附氢气纯化性能的优化

变压吸附技术可对氢气进行提纯.文中通过Aspen Adsorption软件,建立了五组分气体(H2/CO2/CH4/CO/N2=38/50/1/1/10%)在以活性炭和沸石作为吸附剂的层状床的吸附传质传热模型,探究了吸附压力和活性炭与沸石层高度比对层状床变压吸附穿透曲线的影响,进而研究了不同吸附压力、p/F比、吸附剂高度比和吸附床的数量对氢气循环性能的影响.结果表明增大吸附压力和p/F比,氢气的纯度增加,回收率减少;在一定范围内,当高度比减少时,氢气的纯度增加,回收率降低;增加吸附床的数量,氢气的纯度增加,回收率略有下降.基于以上结论,采用了BP神经网络对层状床氢气纯化性能进行多目标优化,并将目标优化预测结果与Aspen模型计算结果对比,结果显示神经网络能很好的对变压吸附纯化性能进行优化.

活性炭吸附储氢过程的Matlab/Simulink模拟

利用动态系统仿真工具Matlab/Simulink,在活性炭吸附储氢动态集总参数模型基础上,建立了储氢系统Simulink模型,研究了储氢罐内的压力及温度变化,同时对295 K、10 MPa充气条件下的活性炭吸附储氢容量进行了分析。通过与实验及有限元模拟结果的对比发现,模型能够较好地反映活性炭吸附储氢的过程,其压力、温度及动态吸附曲线的有限元模拟结果与实验较为吻合。该模型为快速、准确地分析和优化车用储氢系统提供了一种方法。

真空变压吸附氢气纯化的参数研究

本文首先建立了多孔介质传热传质与吸附模型,模拟了多组分气(N2:CO:CO2:CH4:H2=0.007:0.012:0.23:0.021:0.73和N2:CO:CO2:CH4:H2=0.007:0.012:0.17:0.021:0.79)在AC5-KS活性炭吸附床中的穿透曲线和真空变压吸附循环。将实验数据与模拟值进行对比验证后,分析了压力、进气流率对穿透曲线的影响,并研究了压力、进气流率、循环步数、循环操作时间条件对真空变压吸附氢气纯化的影响。结果发现,增大吸附压力,减小进气流率,减少循环步数和吸附时间,增加冲洗和升压时间都会导致产品氢气纯度上升,氢气产率和回收率下降,并且在一般情况下氢气的纯度变化趋势与氢气产率和回收率变化趋势相反。

活性炭/沸石层状双床的氢气纯化变压吸附参数研究

采用多组分气体传热传质模型,基于扩展的Dual-site Langmuir吸附等温线模型建立了层状双床结构,对5组分混合气体(H2∶CO∶N2∶CO2∶Ar=88∶3∶6∶2∶1)在两种不同的吸附剂(活性炭和沸石LiX)下的穿透及循环实验的模拟值和实验值做出了对比验证。在此基础上运用Aspen模拟平台,构建了层状双床氢气纯化变压吸附6步循环模型,对层状床穿透曲线进行了参数研究,并进一步研究了不同进气速率以及吸附步骤时间对产品氢气纯度和回收率的影响。结果表明,在一定范围内增加吸附压力及减小进气速率有益于杂质气体的吸附,适当降低进气速率和吸附步骤时间会提高产品氢气的纯度同时会降低其回收率。

活性炭/沸石层状床氢气纯化穿透曲线热效应

应用变压吸附技术对氢气混合气进行分离提纯是制取高纯度氢气的有效途径。本文主要研究多组分气体在活性炭/沸石层状床中穿透曲线的热效应影响,基于多物理场仿真平台Comsol,建立了多组分气体在多孔介质中的吸附、传热与传质模型。并将模拟值与实验数据进行验证分析,探索吸附过程伴随的热效应对穿透曲线的影响机理。最后针对变压吸附氢气纯化系统运行参数研究了环境温度、吸附条件和活性炭与沸石层高度比等对穿透曲线的影响。

氢气纯化变压吸附循环的热效应

变压吸附(PSA:Pressure Swing Adsorption)技术可以用于对混合气体进行高效的分离,在工业废气回收与利用氢气中被广泛采用。本文主要根据热力学基本理论,基于Aspen过程仿真平台建立多组分气体在多孔介质中的吸附、传热传质模型,以预测Cu-BTC吸附床中的穿透曲线和PSA循环过程。该模型主要包括质量守恒、能量守恒和动量守恒方程。之后将模拟值与实验结果进行比较,模型能够很好地预测多组分气体在吸附床中的穿透曲线和PSA循环过程。在此基础上,研究PSA循环吸附过程的热效应对穿透曲线的影响机理,针对PSA循环氢气纯化系统,研究吸附压力和进气流率对穿透曲线和PSA性能的影响。在吸附床再生阶段对吸附床降压和在吸附过程中采用较高的压力,有利于系统的分离性能和氢气回收率的提高。