湍动浆态床流体力学研究（Ⅲ）垂直列管内构件的影响

浆态床反应器内部往往安装有密集的竖直列管换热内构件,有关列管束对流场分布的影响还少有研究。本文在Φ500 mm×5000 mm的大型冷模实验装置中测定了安装不同密度列管束时的速度分布和气含率分布。实验表明,列管的存在一方面会显著提高浆料轴向速度,促进大尺度流体循环,另一方面也抑制了液体与气泡的径向湍动,使速度和气含率的径向分布更不均匀,造成液体与气体轴向返混加剧,增大了有列管束的浆态床反应器的放大风险。在低气速湍动鼓泡条件下,列管加入造成的“烟囱效应”将更为显著。     

湍动浆态床流体力学研究(Ⅴ)-带多层水平网格的浆态床流体力学模型

水平布置的多层筛网是最简单的阻尼型内构件,用于改善流动分布。在安装多层筛网的?500×5000鼓泡塔冷模装置中进行了流速分布与气含率分布测定。实验表明,网格型内构件可以有效抑制塔中心区过快上升的流速,改善其分布。网孔越小,流动阻尼效果越明显,同时平均气含率也会有所增大。提出了与列管内构件相似的一维流体力学模型,将网格内构件对流体的阻尼效果作为体积源来考虑,湍流耗散方程中的参数值c3=1.0,c4=1.3与列管束内构件略有不同。模型计算与实验数据符合良好,能够定量描述网格型阻尼内构件对流场的影响。     

含垂直列管束内构件鼓泡塔的CFD模拟

针对含有密集垂直列管束内构件的气液鼓泡塔,在两相Euler二维轴对称k-ε模型中,分别考虑气相和液相受到的列管阻力。通过引入相应的动量源、湍动源以及耗散源建立带列管内构件的鼓泡塔二维CFD模型。模型能清晰、准确地描述带列管束鼓泡塔中气液流动的特征:"烟囱效应"以及分布器影响区延长。计算得到的气含率以及液速的二维分布在宽泛的表观气速(0.12～0.62 m·s^-1)范围内与实验值相符。     

Hydrodynamics of turbulent slurry bubble column (Ⅳ)Modeling and simulation of bubble column with vertical pipe bundles

工业浆态床反应器一般都安装有密集的换热列管,列管束的存在使得速度和气含率的径向分布趋于陡峭,形成“烟囱效应”,目前对此还缺乏合适的流体力学模型进行定量描述。本文提出两点新思路以解决列管束的模拟问题：一是将密集列管束的影响作为体积源项而不是边界条件来考虑,在标准k-ε方程中增加与列管阻力相关的动量源、湍动源、耗散源本构关系;二是采用气泡群的径向升力和湍流扩散力平衡方程确定气含率径向分布。新模型中引入的阻力系数由流体力学文献给出,只有两个径向力和耗散参数需实验确定。模型计算的气含率和液速分布在宽泛的条件下与实验测量值符合良好,能够定量描述“烟囱效应”以及内构件参数对流动的影响。     

Studies on hydrodynamics of turbulent slurry bubble column（Ⅲ）Effect of vertical pipe bundles

浆态床反应器内部往往安装有密集的竖直列管换热内构件,有关列管束对流场分布的影响还少有研究。本文在Φ500 mm×5000 mm的大型冷模实验装置中测定了安装不同密度列管束时的速度分布和气含率分布。实验表明,列管的存在一方面会显著提高浆料轴向速度,促进大尺度流体循环,另一方面也抑制了液体与气泡的径向湍动,使速度和气含率的径向分布更不均匀,造成液体与气体轴向返混加剧,增大了有列管束的浆态床反应器的放大风险。在低气速湍动鼓泡条件下,列管加入造成的“烟囱效应”将更为显著。     

列管束内构件对鼓泡塔流动发展的影响

在Φ500 mm×4000 mm的大型冷模实验装置内考察了列管束内构件对鼓泡塔流动发展的影响。以空气-水为工作体系,分别采用电导探针和Pavlov管测量了有、无列管的鼓泡塔内不同轴向高度的气含率和液体流速径向分布。实验表明,在安装密集列管束的鼓泡塔内也存在一个充分发展段。与空塔不同的是,列管束的存在使分布器影响区显著延长,从空塔的约两倍塔径高度增至约四倍塔径高度,在冷模装置中占据塔体积的50%以上。在实验条件下,鼓泡塔高径比或液位高度对分布器影响区大小没有明显影响。     

浆态床反应器流体力学行为研究及工业应用

浆态床是一种重要的气-液-固三相反应器,具有结构简单,传热、传质性能好以及催化剂可在线补加和更换等优点,在学术研究和工业应用上备受关注。对浆态床反应器的流型、气含率、气泡行为、传质、传热等研究进行了总结,并对温度、压力、液体性质等参数对于流体力学性质的影响进行了分析。介绍了多级浆态床和构件式浆态床新型反应器,对浆态床在大化工、精细化工及环保等重要过程中的工业应用进行了总结,并对浆态床反应器的应用前景和研究趋势进行了展望。     

浆态床反应器流体力学行为研究及工业应用

浆态床是一种重要的气-液-固三相反应器,具有结构简单,传热、传质性能好以及催化剂可在线补加和更换等优点,在学术研究和工业应用上备受关注。对浆态床反应器的流型、气含率、气泡行为、传质、传热等研究进行了总结,并对温度、压力、液体性质等参数对于流体力学性质的影响进行了分析。介绍了多级浆态床和构件式浆态床新型反应器,对浆态床在大化工、精细化工及环保等重要过程中的工业应用进行了总结,并对浆态床反应器的应用前景和研究趋势进行了展望。     

如何提高碳化塔水箱的防腐蚀性能

本文简要分析了碳化塔水箱的腐蚀机理,并就列管选材,管束支承结构、列管与管板的连接结构等方面针对性地提出了防护措施。     

锚型导液器对HFC245fa水平管束外冷凝换热的影响

提出采用锚型导液器消除水平管束外膜状凝结换热管束效应的方法,通过对比试验研究了导液器对HFC245fa水平管束外膜状凝结换热特性的影响。设计了带锚型导液器的试验管束,试验管束由4列排深为5排的列管构成,试验换热管包括光管、二维肋管与三维肋管,试验换热管公称外径均为19.05 mm。结果表明：① 锚型导液器可有效控制管束效应对光管与三维肋管外膜状凝结换热影响,使排深为5处光管与排深为4处三维肋管冷凝传热系数分别提升33%与80%;② 锚型导液器对管束中单管冷凝换热性能的影响可忽略;③ 加装锚型导液器可使DN600卧式光管（或三维肋管）管束降低管材消耗20%（或30%）以上。     

列管式换热器管束振动分析及折流板间距优化

文章研究了列管换热器管束振动的基本理论,分析了引起振动的主要原因,掌握了根据《GB151-98》上管束振动判定条件来判断管束振动的基本方法。运用此方法,对工程中某给定的换热器进行了管束振动判定,提出了改变其折流板间距减小管束振动的方法,并运用Matlab完成了优化计算,得出了最优结果。对给定对象运用solidworks建立了管束模型,导入ANSYS Workbench中进行模态分析,得到管束的固有频率,实现了将管束的固有频率与管道受到的激振频率进行比较,判断管束共振状态的计算机辅助判据方法。依据上述结果,最终形成了通过对折流板间距优化,改变管束各阶固有频率以避开激振频率,从而避免共振的列管换热器减振优化方法。     

鼓泡塔列管传热系数的测量与估算

在φ500 mm×5000 mm的冷模实验装置中,使用自制传热探头,对无内构件的空塔和安装31根竖直换热列管的鼓泡塔内列管传热系数进行了测量.实验表明,列管传热系数随表观气速的增加而增大,传热系数沿径向呈抛物型分布,垂直列管内构件的加入使得传热系数的径向分布变得更为陡峭.基于表面更新理论,结合鼓泡塔内气含率和液速分布的测量及计算结果,提出了计算传热系数的数学模型.该模型既可以用于空塔的局部传热系数与平均传热系数计算,也可以用于安装列管束的局部传热系数与平均传热系数计算.模型计算值与实验数据符合良好,最大相对误差为5.62％.     

锚型导液器对HFC245fa水平管束外冷凝换热的影响

提出采用锚型导液器消除水平管束外膜状凝结换热管束效应的方法,通过对比试验研究了导液器对HFC245fa水平管束外膜状凝结换热特性的影响。设计了带锚型导液器的试验管束,试验管束由4列排深为5排的列管构成,试验换热管包括光管、二维肋管与三维肋管,试验换热管公称外径均为19.05 mm。结果表明:①锚型导液器可有效控制管束效应对光管与三维肋管外膜状凝结换热影响,使排深为5处光管与排深为4处三维肋管冷凝传热系数分别提升33%与80%;②锚型导液器对管束中单管冷凝换热性能的影响可忽略;③加装锚型导液器可使DN600卧式光管(或三维肋管)管束降低管材消耗20%(或30%)以上。     

气相冷凝器管束失效分析及改进措施

主要针对PTA装置氧化反应器气相冷凝器管束在运行过程中频繁产生断裂失效,运用检验分析及流体诱导激振机理对列管振动进行了计算分析,得出了影响列管失效的主要因素,并提出了相应的改进措施。     

操作变量对大型浆态床反应器流体力学特性的影响

研究了系统压力、表观气速和固体颗粒体积分数对浆态床反应器气含率、气泡直径及气液接触面积的影响 ,通过试验得出了气含率和操作变量之间的统计关联式 ,给出了在湍流条件下浆态床反应器中气含率和气体动量之间的关系     

高压冷凝器壳体的振动测试

<正> 高压甲铵冷凝器是尿素生产装置中的关键设备之一。冷凝器列管内化学反应产生的热量使流过列管外冷却水变成低压蒸汽。由于蒸汽是在密集排列的列管间高速流动,可     

V型导液槽对HFC245fa水平管束外冷凝换热影响

试验研究了HFC245fa在水平光管与强化管管束外的冷凝换热特性,提出在管束中加装V型导液槽来消除管束效应的方法,并通过试验研究了V型导液槽对管束冷凝换热特性的影响。试验管束由4列排深为5排的列管构成,带导液槽管束的前4排管下方加装了两段长度为450 mm的导液槽;试验换热管公称外径为19.05 mm、换热长度为1000 mm。试验中,以Wilson描点法获得强化换热管水侧对流传热系数,以对比试验方法研究了V型导液槽对水平管束外冷凝换热性能的影响。结果表明：传统的管束效应模型仅在较小的热通量范围适用;凝液在管间的迁移形态与流态随管上作用凝液量的系列变化是导致管束效应变化的主要因素;加装导液槽可有效控制凝液在管间的迁移,控制管束效应;加装导液槽使光管单管冷凝传热能力下降10%左右,使光管管束总体换热能力提升4.5%相似文献   

HFC245fa水平光管与强化管管束外冷凝换热

试验研究了新型环保工质HFC245fa在光管与强化换热管管束上的冷凝换热特性。试验管束由4列排深为5排的列管构成,换热管公称外径为19.05mm、有效换热长度为1000mm。试验中,通过改进的Wilson图解法获得强化换热管水侧对流传热系数,利用2接点温差电偶测试蒸气与冷却水温差(±0.025℃),利用热电偶通过小周期标定法获取试验管进出水温差(±0.01℃);考察了冷凝温度、热通量对冷凝换热的影响。研究结果表明:HFC245fa在光管单管外冷凝传热系数与Nusselt模型预测值一致性较好;同热通量下,强化换热管单管上的冷凝传热系数为光管的13.5倍;光管管束上的试验结果比Nusselt管束模型预测值高20%～50%;强化管冷凝换热性能受作用热通量的影响较大。试验结果对工质与新管材推广、应用具有指导意义。     

列管换热器管束结垢的清洗探讨

列管换热器在化工生产中使用较为广泛,它利用两种物料间的充分接触面积实现热量的交换,以满足工艺要求的需要。为了节约工业用水,化工生产中普遍采用循环水作为换热器的冷却介质,用于冷却降温,由于循环水流速低（水压一般为0．4MPa）,水中合有油污、泥污、pH值过高,以及水中的菌藻等,都会使管束表面产生沉积物的堆积,从而导致结垢,堵塞管道,降低换热器传热效果;结垢还会引起管束出现“坑蚀”现象,并腐蚀列管,给设备安全运行带来隐患,影响生产。     

固定式列管换热器管壁与壳壁温差对管板变形的影响

固定式列管换热器管板的变形受到多种因素的影响，其中有管程压力与壳程压力作用，管束支承效应，列管与壳体之间不同的热膨胀以及管板与壳体／管箱之间连接的相互作用等。本文通过数值计算分析了管壁与壳壁之间的温差热膨胀对管板变形的影响。