等离子体煤气化反应器内部流动数值模拟及设计优化的初步研究

本文对一种等离子体煤气化反应器内部湍流、两相流动和燃烧化学反应等复杂流动现象进行了三维数值模拟 ,得出了其内部的温度分布、速度分布和组分浓度分布 ,在对计算结果进行分析的基础上 ,提出了等离子体煤气化反应器的一种优化设计方案 ,并对此方案进行了不同等离子体流速下的数值模拟和比较分析 ,以确定气流参数的最佳匹配 ;数值分析结果表明 :改进的设计方案和气流参数匹配提高了等离子体热源利用的效率和煤气转化的效率     

固定床反应器内气体预分布器研究

研究了直径1 000 mm,高3 000 mm的固定床冷模装置中气体预分布器对反应器内气流分布的影响。结果表明:气体分布器可改变床层内气流流形并使径向气流的速度分布趋于均匀;随着表观气速的增加,反应器内气流的不均匀程度增加;分布器的环隙高度在一定的范围可使反应器内气流的不均匀程度相对较好。应用计算流体力学软件CFX对固定床反应器内的流场进行模拟计算,并与大型冷模试验测试结果进行比较,模型计算值和冷模试验测量值吻合较好。     

煤的气流床气化模型

研究出一种数学模型,用以模拟德士古(Texaco)下喷式气流床气化炉试验装置,用煤的液化残渣以及煤水浆作为原料。气流床气化炉在概念上或理论上、设计上基本分为三个区域:热分解和挥发物的燃烧区、气化和燃烧区以及气化区。通过求出物料与能量平衡,探讨了气化动力学、输送速度以及气化炉的流体力学,得到沿反应器的温度和浓度的分布曲线。根据模型计算得到的结果与实验数据进行比较。为了更好地了解在各种操作条件下使     

温度对聚丙烯环管反应器内部流场的影响研究

针对温度对聚丙烯环管反应器内部流场的影响进行了研究，首先通过运用AUTOCAD、ANSYS等软件，对聚丙烯环管反应器进行二维工程图的建立、三维模型的建立以及网格划分，同时建立好数学模型与边界条件。其次通过运用流体力学软件对三维模型进行求解计算，通过求解计算可以得到聚丙烯环管反应器在不同温度下内部流场中的温度云图。最后通过对温度云图的研究与对比分析，进一步判断出在何种温度下，环管反应器内部温度的分布更为均匀，对丙烯聚合反应更有利。     

热变温器系统气固反应器内部的温度特性

以气固反应热变温器系统的反应器为研究对象，通过建立数学模型，计算了反应器内部在反应过程中的温度分布及其随时间的变化，讨论了一些参数对于反应器内部温度分布的影响。结果表明：TC减小、pC增大以及fg减小、ρb增大，使反应器内部温升增加、反应器对废热流体的加热功率q增大，而反应器内部的温度不均匀性亦增加。     

超长宽体辊道窑燃烧系统的设计计算

介绍了辊道窑燃烧系统设计要点及计算方法．并通过计算实例说明了燃烧系统对辊道窑性能的影响。结果表明：窑炉横截面温差与热气流的喷出速度关系最为直接．而烧嘴燃烧能力、助燃风温度、热气流温度、烧嘴砖喷射口直径等部是高温气流喷出速度的影响因素。     

流化床-气流床耦合反应器中煤气化特性

利用化工动力学软件CHEMKIN建立了流化床-气流床耦合反应器等效网络模型,在φ300 mm反应器中的煤气化实验结果基础上,充分考虑耦合反应器不同区域物料间两相流动、传质传热,对耦合反应器各部分流体力学特征以及耦合反应器中不同区域的化学反应进行了分析。利用模型对飞灰的碳转化率、耦合反应器的碳转化率、耦合反应器内温分布及物料停留时间进行计算,结果表明,流化床耦合气流床反应器后,气流床可将出口飞灰碳转化64.1%,实现了耦合反应器对飞灰的再气化;耦合反应器煤气化系统的碳转化率由单独流化床的84.9%提高到92.2%。     

基于无网格方法的蜂巢型催化剂体相温度分布数值模拟

目前对加氢裂化反应过程的整体能量衡算以及反应器大尺度空间放热情况报道较多,但对于反应过程中催化剂体系自身的温度分布情况却讨论极少。本文以真实蜂巢型加氢裂化催化剂三维体相环境为计算实体,以模拟工业运行温度的函数作为边界条件,采用无网格数值方法求解傅里叶传热方程。并使用计算结果分析加氢裂化催化反应过程中外界温度波动对于催化剂内部温度分布的影响。同时使用能谱面扫描的方法分析积炭的蜂巢型催化剂截面,标示截面的碳元素分布,进而对计算获取的催化剂内部温度分布计算进行实验辅证。计算结果表明：实际反应过程中催化剂内部并非等温反应,在加氢裂化反应过程中外界的反应温度以及催化剂内部的几何形态对于催化剂团簇内部的温度场分布有一定的影响作用。催化剂体相内部的平均温度也随着反应体系放热情况、催化剂粒径、原料油密度、反应空速以及催化剂内部热点分布情况的不同而有所变化。     

焦炉煤气转化反应器的数值模拟

通过对焦炉煤气和纯氧在双孔喷嘴石英管反应器内发生非预混燃烧的过程进行实验研究和数值模拟,得到了反应器内温度分布、流场、浓度分布和反应产品气(合成气)中H2/CO比.模拟结果显示,反应主要在靠近氧气入口的区域内发生,反应器壁温对反应结果有非常重要的影响.实验结果和模拟结果比较,表明温度和流场吻合得很好,组分分布略有误差.     

氧化反应器飞温的危害与对策

根据氧化反应器高温、高压,易燃易爆特点及已发生氧化反应器故障进行分析,发现影响氧化反应器的飞温的关键因素。主要是氧化反应器的温度和尾氧高造成,根据氧化反应器实际参数和事故参数,进行分析归纳,并对反应器爆炸压力、温度、冲击波数值进行计算,找到氧化反应器温度压力等参数和氧化反应器燃烧速度的关系。根据实际情况进行验证并得到应用。对氧化反应器安全稳定生产具有指导作用。     

板翅式反应器中甲醇水蒸气重整制氢

研制了一种高效板翅式反应器,其特点是体积相对较小,便于放置,便于扩大规模;集预热、气化、重整、催化燃烧于一体;板翅式反应器内部热量利用合理,放热反应与吸热反应、气化与冷却之间实现了较好的热量耦合;可实现完全自供热.在反应器中进行了一系列甲醇水蒸气重整的实验,考察了不同条件对甲醇重整制氢过程的影响、对反应器床层温度分布的影响,及反应器的稳定性.另外,由于板翅式结构的良好传热性,甲醇水蒸气重整在获得较高转化率的同时重整气中CO浓度较低,且反应器的稳定性良好.     

催化燃烧蒸发器热态流场分布研究

为了改善催化燃烧蒸发器中反应和蒸发的耦合行为,提高蒸发器的热效率,文章对催化燃烧蒸发器进行了热态实验研究和数值模拟,确定燃料完全燃烧需要的过氧系数随着空速的增加而降低;同时,通过对催化燃烧蒸发器内初始浓度场和温度场的分析比较,说明当放热反应速率较快时,燃烧腔内温度场的空间分布主要受初始浓度场分布决定。实验和模拟结果的很好吻合,说明建立的多孔介质模型能够很好地预测燃烧腔内的流场分布。     

催化燃烧蒸发器内气体浓度冷态分布规律

催化燃烧蒸发器作为一种强化传热的有效手段,具有高效、结构紧凑和易放大等优点.催化燃烧蒸发器中的浓度场分布对其传热性能具有重要的影响.运用多空介质模型对燃烧蒸发器内部流体分布特性进行了CFD模拟,分析计算了冷态时N₂和H₂ 在混合腔内浓度的分布特性,同时进行了实验验证.模拟和实验结果具有相同的变化趋势,而且结果表明不同空速下燃烧蒸发器中存在较大的浓度分布不均匀性,改变出口位置对浓度场的分布具有一定的改善作用.通过对燃烧腔中浓度场分布的模拟为燃烧蒸发器的进一步优化设计提供了理论依据.     

SOFC内部重整反应与电化学反应耦合机理

以经过预重整反应的混合气为原料的固体氧化物燃料电池（SOFC）内部,甲烷蒸气重整反应与电化学反应同时发生在阳极多孔介质中,二者受到不同的操作与设计参数的影响,对电池总体性能起着决定性作用。编制了三维数值模拟程序,对由多孔阳极层、气体流动管道、固体支撑平板构成的单个复合管道进行了研究。结果显示：重整反应主要发生在多孔材料靠近流动管道的薄层内,只有靠近管道入口处才能在较深处进行;电化学反应发生在多孔层与电解质的交界面处;重整反应生成的H2、CO扩散到多孔材料底部参加电化学反应;电化学反应生成的热量供重整反应使用。说明研究范围内,SOFC阳极复合通道具有较好的传热、传质性能,化学/电化学反应存在较好的耦合关系。     

板翅式换热器封头结构的数值模拟

建立了板翅式换热器封头结构的湍流数学模型 ,并采用此模型对目前工业中应用的基本型封头内部的速度场分布进行了数值计算 ,计算结果表明 :封头内部物流分配存在严重的不均匀性 ,同时发现改变封头的结构可以有效地改善换热器内部的物流分配 .在此基础上对两种改进型封头结构进行了数值模拟 ,计算结果表明改进效果明显 ,在进口Reynolds数为 83000时绝对不均匀度已从3.47减小到 0 .71.计算结果与实验结果吻合良好 .     

板翅式换热器导流片结构参数对其导流性能的影响

由于板翅式换热器结构的复杂性,存在着内部流动速度分布的不均匀性,从而引起其换热效率下降,影响了换热器的整体效能.引起流动速度分布不均匀的因素是多方面的,针对不同导流片结构参数（h/H）对导流片导流性能的影响进行了深入研究,发现导流片结构参数对换热器内部流动速度分布不均匀性的影响主要表现在总管流动方向上,通过改变板翅式换热器导流片的结构参数可有效地改善换热器内部物流在总管流动方向上的分配情况,从而有效地改善换热器内部流动速度的分布.研究结果对板翅式换热器的优化设计具有重要意义.     

板翅往复流道间的传热与流阻性能研究

提出了一种板翅式内部换热紧凑型SO2转化反应器,兼顾了绝热式反应器和连续换热式反应器二者的优点,可实现节能、节材和环保的目的,并可节约大量操作费用。对板翅往复流道中的气体换热及流阻特性进行了实验研究及理论分析,探讨了板翅结构对传热及流阻的影响,得到了优化设计数据。结果表明,本研究构造的板翅往复流道具有良好的综合传热效果,可广泛用于硫酸转化系统等气固反应装置中。     

平行流多流体板翅式换热器的动态数学模型

板翅式换热器动态特性的复杂性在于其通道间有翅片导热存在．本文从分析翅片的定态和非定态导热过程入手,建立了包括考虑隔板热容的通用平行流多流体板翅式换热器的动态数学模型．该数学模型能以热阻网络图形式加以描述,通过对热阻网络的变换,获得了可快速求解的三对角阵代数方程组．用此模型计算了两股流板翅式换热器和四股流板翅式换热器的动态响应过程,对流体流量（或进口温度）扰动,理论的预测结果与实验数据相当一致．     

纵荡对板翅式换热器通道内液化天然气流动沸腾换热特性的影响分析

海上纵荡工况下,板翅式换热器通道内两相流体相变流动特性会发生变化,从而影响换热器性能。为了明确纵荡对换热特性的影响机理,建立了纵荡工况下板翅式换热器通道内两相流动沸腾换热性能预测模型。首先对板翅式换热器内流型变化和传热传质机理进行分析,建立了陆基非晃荡工况下的流动与传热过程的数值模型;然后将纵荡加速度模型嵌入模型中,从而实现晃荡工况下换热特性的模拟;通过陆基工况下的实验数据对模型进行了验证。基于建立的模型,分析了不同干度下纵荡幅度和纵荡频率对传热性能的影响。结果显示：纵荡幅度增大,传热系数增大;纵荡频率提高,传热系数降低;随着干度的增大,纵荡对换热的影响逐渐由恶化变为加强;在0.2～0.8干度之间,纵荡对传热系数的影响因子范围为87.9%～110.0%;晃荡对传热系数时均值影响随工况不同而变化,最大恶化5.0%,最大强化2.0%。     

封头结构对板翅式换热器物流分配不均匀性的影响

纵向传热、温度场与物流分配不均匀对换热器效能的影响具有耦合关系,其中物流分配的不均匀会加剧其内部温度场分布的不均匀,增大换热器的纵向传热,导致其效能的下降,所以物流分配的不均匀在三者中对换热器效能的影响最为重要.因此,对引起物流分配不均匀的因素进行研究是板翅式换热器优化设计的重要内容.针对板翅式换热器内部流动特性对封头结构的影响进行了深入研究.研究发现：封头结构的影响主要体现在垂直于总管流动方向上.发现了封头结构的改进方法,通过改变封头结构的设计可以有效地改善换热器内部的物流分配.