基于CFD的喷射分配器结构优化研究

基于计算流体力学（CFD）对喷射分配器进行了数值模拟与结构优化研究,首先进行了模型验证,确保所选流体力学模型的可靠性,其次对喷射分配器的原始构型进行模拟,得到其压降、分布不均匀度以及分配器下方液相喷洒面积等性能参数。在此基础上,对分配器进气孔数目、开孔位置、喷嘴结构及尺寸进行优化,改进后的分配器的分布不均匀度比原始构型降低57.96%,分配器下方液相喷洒面积增大179.05%,压降增大10%,抗塔板倾斜能力提高2%。结果表明,改进的分配器综合性能优于原始构型。     

基于CFD的喷射分配器结构优化

基于计算流体力学(CFD)对喷射分配器进行了数值模拟与结构优化研究,首先进行了模型验证,确保所选流体力学模型的可靠性,其次对喷射分配器的原始构型进行模拟,得到其压降、分布不均匀度以及分配器下方液相喷洒面积等性能参数。在此基础上,对分配器进气孔数目、开孔位置、喷嘴结构及尺寸进行优化,改进后分配器的分布不均匀度比原始构型降低57.96%,分配器下方液相喷洒面积增大179.05%,压降增大10%,抗塔板倾斜能力提高2%。结果表明,改进的分配器综合性能优于原始构型。     

固定床反应器溢流型气液分配盘的性能模拟

以油品和氢气为原料,选用欧拉-欧拉多相流模型和标准k-ε湍流模型,利用计算流体力学（CFD）软件建立了固定床反应器分配盘数学模型,并在验证模型准确性的基础上对由溢流型分配器组成的分配盘进行性能分析,考察了分配器排列方式、间距、分配盘下方空高等因素对分配盘性能的影响。结果表明,当以正方形形式排列,布点间距为118 mm、分配盘与催化剂床层间距为150 mm时,气液分配盘液相分布的不均匀度最小,仅为1.86%,比基本构型分配盘的液相分布不均匀度降低了42.9%。     

基于FLUENT的水力喷砂射孔器喷嘴优化设计

针对水力喷砂射孔器上常用锥直形喷嘴射流性能不佳以及冲蚀磨损严重问题,基于锥直形喷嘴能量损失机理,对喷嘴入口收缩段结构进行了优化设计;借助FLUENT软件,通过射流特性和耐冲蚀磨损2方面对比分析,优选出性能最佳的喷嘴结构。分析结果表明:喷嘴射流性能不高的关键在于入口收缩段处的局部水头损失;在相同来流条件下,等变速形喷嘴射流能量损耗低,耐冲蚀性能佳,综合性能最优。综合射流特性和喷嘴冲蚀考虑,等变速形喷嘴的最佳结构参数为:出口直径6 mm,入口直径12 mm,圆柱段长度18 mm,收缩段长度10 mm。所得结论对喷嘴结构优化具有一定的指导意义。     

固定床反应器内构件-溢流型分配器的数值模拟与结构优化

采用计算流体力学(CFD)软件作为研究工具,以真实的反应液相和气相为物系,利用欧拉-欧拉多相流模型及标准的k-ε湍流模型建立了固定床反应器内构件-溢流型分配器的数学模型.在与文献中实验数据对比验证数学模型正确的基础上,从气相入口结构、液相入口排布方式和碎流板结构等方面对溢流型分配器进行结构优化和性能分析.结果表明,在模...     

固定床反应器内构件-喷射型分配器性能的计算流体力学研究

采用欧拉两相流模型和标准的k-ε湍流模型,建立了一种喷射型分配器的数学模型。在对喷射型分配器基本构型进行模拟分析的基础上,从操作弹性和物性适应性等角度分析了分配器的性能,分析了液相密度、液相黏度和气相密度对分配器性能的影响。结果表明：喷射型分配器能够适应液相进料在某套加氢工艺装置设计负荷的60%~110%范围内的波动;分配器对气 液相物性的适应性较好,能够适用于高黏度油品,当液相密度低于800 kg/m³、气相密度低于30 kg/m³时,能够实现良好的液相分布效果。     

气相加氢分配器的技术开发

依据气相加氢工艺的相关特点,设计了气相加氢分配器,主体为管式结构,结构简单,安装方便。主要通过侧隙出口和底板出口实现气相物流的均匀分布,流体流动稳定,阻力较小。在600 mm固定床冷模试验装置中,通过冷模试验测试了单个分配器结构参数(底板开孔结构和开孔尺寸)对分布效果的影响,优选出结构参数相对合理的气相加氢分配器,得到分配器的局部阻力系数,同时应用计算流体力学模拟软件CFX12.0对分配器进行了数值模拟,并在1 600 mm冷模试验装置中,考察了分配器组合分布特性。结果表明:用于气相物流场合时,通过采用合理的分配器结构参数,气体分布均匀,流动阻力较小,多分配器匹配较好,整体分配性能较好。     

管柱式气-液分离器溢流压力降计算模型

溢流压力降是评价管柱式气-液分离器(Gas-liquid cylindrical cyclone,GLCC)分离性能的重要指标,目前尚未形成有效的预测方法。为了准确预测GLCC溢流压力降,笔者基于压力降沿程分布理论,结合实验观测数据,综合考虑分离器结构参数、气-液相操作参数及物性参数,建立了GLCC溢流压力降的半理论-半经验模型。该模型首次将GLCC溢流压力降分为3部分,即入口(I区)损失、筒体(II区)损失及出口(III区)损失;并且在筒体损失的计算中,考虑了不同气、液相流型的分布及液滴携带因素对压力降的影响。该模型既可用于计算气-液两相溢流压力降,也可计算单气相溢流压力降。将该模型计算值与实验测量值进行对比,其相对误差在25%以内,说明该模型精度较高,建模方法可行。     

外混合喷嘴液相孔尺寸对雾化性能的影响

借助"冷模"实验,以甲醇制丙烯(MTP)反应器外混合式雾化喷嘴为研究对象,分别选用N_2和H_2O为实验模拟介质,考察了液相孔结构与气液质量流量比(G/L)对雾化粒径分布、雾化角和雾化覆盖直径的影响规律。实验结果表明,当G/L=12.19、截面积比为0.022 3时,雾滴对应特征中值直径和最大直径分别为16.75μm和60.81μm,雾滴粒径分布介于5.49～40.89μm之间,雾化角达12.2°;且覆盖直径随着截面积比增大而略有增加,当液相通道内径为1.0 mm、液相环隙通道外径为12.22 mm和气相环隙通道内径为13.34 mm时,喷嘴对应覆盖直径达720 mm。     

甲醇制丙烯反应器雾化喷嘴的性能研究

甲醇制丙烯(MTP)反应器依靠喷嘴控制床层温度,对稳定反应条件起关键作用。以Lurgi公司MTP工艺的反应器喷嘴为研究对象,分别以氮气和水作为气相和液相的模拟介质,通过冷模实验,研究了气液相流量与入口压力的关系,测量了液相及气相两相工况下的雾化粒径和雾化角度等指标的变化规律,借助均匀性测量装置,测量了喷嘴的雾化覆盖直径。实验结果表明,喷嘴的气液相流量随入口压力增大而逐渐增加,液相喷嘴的雾化性能与孔径的尺寸相关,磨损或堵塞会对喷嘴性能产生不利影响;当气液两相工作时,雾化粒径大幅减小,雾化角度变小,冲击力较大且雾化覆盖范围缩小。     

LSXPT-1型双向液体喷头的研究

在 ?1 000 mm有机玻璃冷模试验装置上利用空气-水系统考察LSXPT-1型双向液体喷头的分布性能、喷出的液滴粒径、喷头入口压力、雾沫夹带等随液体流量变化的规律。结果表明：LSXPT-1型双向液体喷头的分布不均匀度系数在0.031～0.040之间,低于传统槽式液体分布器和缓冲沉降式液体分布器的分布不均匀度系数,分布性能优异;随着液体流量的增大,喷头入口压力增大,在液体流量为2.15～9.62 m3/h的范围内,喷头入口压力为 0.04～0.66 MPa;喷出的液滴粒径在1 975～2 350 μm之间,远高于当气速在3.0～4.0 m/s时因气液流动呈湍流状态液滴沉降所要求的液滴粒径（400～700 μm）;该双向液体喷头即使在空塔气速高达4 m/s时,其雾沫夹带量仍不超过7%,可允许更高的操作气速上限,提高塔的处理能力。     

催化裂化再生器树枝状气体分布器的气相流场CFD模拟

催化裂化装置再生器的气体分布器通常采用树枝状气体分布器,这种分布器存在着气体分布不均匀和喷嘴的冲蚀磨损问题。为此,对树枝状气体分布器区域进行计算流体力学（CFD）模拟,重点考察分布器内气相流场的特征。计算结果表明：树枝状气体分布器的各分支管内气体速度根据分支管的长度不同存在很大的变化,而且分支管沿程各喷嘴出口的气体流量也不同,导致喷嘴出口气流平均速度存在很大的不均匀性;此外,气体在分支管入口处以及近分支管入口端的喷嘴处存在偏流现象,压力分布不均匀,易产生催化剂倒吸现象,造成喷嘴的冲蚀磨损。     

高速膨胀天然气凝结流动特性

结合气、液相流动控制方程组、内部一致经典成核理论、Gyarmathy液滴生长模型、液滴表面张力模型、k ω湍流模型及NIST真实气体模型,对自行设计的Laval喷管内天然气自发凝结流动过程进行数值模拟研究。结果表明,在Laval喷管扩张段内,随着过冷度的增大,将发生甲烷气体凝结成核及生长现象。对于固定出口马赫数的喷管,更低入口温度或更高入口压力将使凝结发生在更靠近喉部处,且液滴成核率最大值及气体湿度均更大;比热比值将随入口温度的降低或入口压力的升高而增大,导致压降及温降增大,较低的入口温度或较高入口压力将使出口温度或出口压力低于三相点,可能导致气体无法液化。随着压比的增大,喷管内产生了激波,且逐渐向入口方向移动;激波产生后液化环境随即被破坏,湿度立即变为0。喷管出口马赫数增大对液滴成核率影响较小,能促进液滴生长过程,但过大马赫数可能导致气体无法液化。喷管出口处气体未达到热力学平衡状态时,可在直管段内继续凝结,同时压缩波和摩擦效应将使得液滴气化。各入口条件下,甲烷气体在喷管出口处湿度均低于0.1,液化效率较低。     

新型加氢反应器内构件的研究

在专用的加氢反应器试验装置上，中国石化集团洛阳石油化工工程公司设备研究所开发了新型加氢反应器内构件：ERI型入口扩散器、ERI型和BL型气液分配器、ERI型和BL型急冷箱，并将这些内构件与美国联合油公司开发的LOC型反应器内构件进行了比较。与UOC型内构件相比，ERI型入口扩散器液体分配曲线较平缓，压力降较低；ERI型和BL型气液分配器的液体分配曲线平缓，在压力降方面ERI型最低、UOC型居中、BL型较高；ERI型和BL型急冷箱的温度分布不均度均比UOC型的低，在压力降方面ERI型最低，UOC型居中，BL型最高。     

井下雾化排液短节数值模拟及影响因素分析

现有文献对井下雾化排液短节的雾化原理与设计方法研究还不够充分。为此,针对新疆油田应用的井下雾化排液短节,基于计算流体力学相关方法建立了数值试验模型,对短节雾化原理与参数影响规律进行了模拟研究。研究结果表明:气液混流经切向入口进入并起旋分离,经引流体和气流通道至喷嘴处加速喷出,主喷嘴处液膜受剪切破碎成雾滴,副喷嘴处高速气流辅助雾化;选取日产气量、入口压力和喷嘴当量直径3个关键参数进行了计算分析,日产气量与喷嘴压降呈正相关趋势,入口压力、喷嘴当量直径与喷嘴压降呈负相关趋势。研究结果及提出的“一井一策”的短节设计方法对井下雾化排液采气技术的广泛应用具有理论指导意义。     

气液并流上行式反应器中分配器压降特性

在冷模试验装置中对气液并流上行式反应器中两种分配器的压降特性进行研究,考察了气体流量和液体流量对分配器压降的影响,结果表明：采用基准气液分配器和新型气液分配器时,分配器压降都随着气体流量的增大而先减小后增大,随着液体流量的增大而增大;在相同条件下新型气液分配器的压降高于基准分配器。针对两种气液分配器分别建立压降模型,压降计算值包括气液分配器的下部入口压降、中部上升管压降和顶部出口压降三部分,模型计算及验证结果表明：基准气液分配器压降中顶部压降占比最大,下部压降和中部压降占比较小,而中部压降中重力压降占比最大,加速压降可忽略不计;压降的模型计算值与试验值随液相流量变化的趋势基本一致,但是在相同条件下压降的计算值大于试验值,且二者的偏差随着液相流量的增大而逐渐增大,其原因是实际分配器中气液两相的流型会发生变化,导致模型计算值偏差变大。     

煤层气井低压非临界流下嘴流规律分析

井口嘴流规律对于确立储层、井筒压力与气井产量变化规律具有重要意义。为此,根据现场井口喷嘴建立理论计算模型,采用理论计算模型与Fluent软件仿真分析相结合的方法,并耦合温度变化的影响,研究煤层气井井口非临界流下嘴流流场情况,得到煤层气低压非临界流井口嘴流压降和温度的耦合变化规律:在非临界单相流状态下,随着喷嘴直径和开度的减小、煤层气流量的增大,压降逐渐增大,反之压降逐渐降低;煤层气井井口喷嘴节流效应引起温度降低,受流量及喷嘴开度的影响,当开度为5 mm、喷嘴流量在4000 m^3/d以上时,喷嘴流量每增加500 m^3/d,喷嘴出入口温度降低1℃,而且开度越小,温降越明显。研究结果可为煤层气井动压调节增产措施的制订提供理论依据。     

喷射式分布器的冷模试验

以水为物系，对喷射式分布器进行了冷模试验。考察了分布器进口压力、喷嘴间距、喷淋高度以及喷嘴排布方式对喷射式分布器性能的影响。结果表明，在试验条件下，喷射式分布器的适宜操作条件为：分布器进口压力为0．10～0．15MPa，喷嘴间距470mm，喷嘴距收集器高度600mm，喷嘴排布为中心不排放喷嘴的6个喷嘴排布方式。