搅拌槽中酯化反应热失控的CFD模拟

热失控是化工过程中常见的安全风险之一。在间歇釜式反应器中,桨叶的机械转动可以增强流体的循环流动、湍流强度、混合程度以及传热,进而有效防范热失控。防控效果与反应器结构和搅拌桨型密切相关。针对丙酸异丙酯酯化反应,采用计算流体力学模拟研究了桨型(Rushton桨、30o PBT桨及60o PBT桨)、转动方向和挡板对釜式反应器内温度演化的影响,从流动结构方面分析了原因。基于散度的失控判据比较了三种搅拌桨抑制热失控的能力,抑制能力为Rushton桨＞30° PBTD桨＞60° PBTD桨。本研究可为搅拌反应器热失控的优化设计提供一定的理论依据。     

内置涡流发生器的管内过冷沸腾与强化换热的模拟

采用欧拉双流体模型结合RPI沸腾模型对高压管内过冷沸腾进行三维非稳态模拟,考察了涡流发生器对管内过冷沸腾的影响,模拟了高压下光管内的过冷沸腾、层流下内置涡流发生器的换热管内的流动和湍流下内置涡流发生器的换热管内的过冷沸腾。结果表明,内置涡流发生器的换热管在层流状态下换热能力明显提升,过冷沸腾时管内换热能力有一定提升,且壁面附近的气泡由于扰流作用被大量卷入锥形片内,降低了壁面附近产生气膜的可能性,延迟了过冷沸腾起始点的位置。     

气体分布方式对带列管内构件的鼓泡塔流动规律的影响

在带列管内构件的鼓泡塔内测量了4种不同布气方式下的气含率和液速径向分布,并与无列管内构件的空塔中的分布进行了比较。结果表明：中心布气条件下气含率与液速的径向分布比空塔更为陡峭;环隙及近壁布气时呈现出环隙高、两边低的马鞍形分布;均匀布气时径向分布较空塔更为平坦。空塔内气体分布器的影响是局部性的,充分发展段在塔内占主要部分;而在列管塔中气体分布器的影响是全局性的,气含率与液速的初始分布决定着其全塔分布。在带列管的大型鼓泡塔中难以观察到充分发展段的存在,因此,气体分布器的设计具有比空塔更为重要的意义     

基于径向力平衡的鼓泡塔二维流体力学模型

提出了一种鼓泡塔二维轴对称流体力学模型,模型中将气泡所受的升力以及湍动扩散力作为形成塔内气含率稳定分布的主要机制.采用Fluent 6.3流体力学软件求解模型,能得到稳定的二维流场,气含率与液速分布与实验值吻合良好,模型能准确反映表观气速(0.12～0.62 m·s^-1)以及塔径(ø200 mm、ø500 mm、ø800 mm)对流型的影响.利用该模型对更大直径鼓泡塔的流动参数进行了预测,结果与文献给出的经验关联式相符.     

气液鼓泡塔的CFD-PBM耦合模拟：离散法与QMOM方法的对比

采用CFD-PBM耦合方法，对高表观气速下的气?液鼓泡塔进行模拟，得到气含率、轴向液速及气泡尺寸。系统性对比求解群平衡方程(PBE)的不同方法：离散法(20 bins)和QMOM(包括四阶QMOM和六阶QMOM)。模拟结果与文献中的实验数据的对比结果表明，离散法和QMOM均能合理预测气含率、轴向液速、平均气泡大小和气泡尺寸分布。但QMOM比离散法节约2~3倍的计算成本。对于QMOM，使用四个矩能准确描述气相的演化。使用四阶QMOM和六阶QMOM得到的结果非常相似。利用QMOM的低阶矩可以快速有效地重构出单峰气泡尺寸分布。     

洗涤冷却室气液两相流的模拟及结构优化

洗涤冷却室是激冷式煤气化炉的重要组成部分,对气化室内生成的高温合成气进行降温及洗涤。目前的洗涤冷却室在工业上依然存在诸多问题,如液位及压力波动较大、装置运行不稳定、洗涤效率不够高等,需要对其结构进行优化改进。采用三维欧拉-欧拉模型对三种不同结构的洗涤冷却室进行了CFD模拟。三种洗涤冷却室的结构分别为无内构件、含有支管内构件及新型耦合支管与导流筒内构件。与文献实验数据的对比表明,模型能较准确地预测洗涤冷却室内的气含率分布。支管的加入分流了部分气量,使部分气体能够从鼓泡区域中心上升,促进了气体的径向扩散,有助于维持装置的稳定运行;而导流筒内构件的加入增大了支管气体分流的比例,提升了洗涤冷却室液面下的全局气含率,增强了气液回流,从而进一步强化洗涤效果。     

中堡岛遗址新石器时代聚落形态与社会结构分析

依据现有考古资料,分析中堡岛遗址所反映的新石器时代聚落形态与社会结构。中堡岛遗址存在居住区、墓葬区及祭祀活动区等不同功能区域的规划,应该是一个较完整的聚落体系。中堡岛聚落在该时期贫富分化不明显,但已经存在,当时社会结构似已成熟。     

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。     

气体分布方式对带列管内构件的鼓泡塔流动规律的影响

在带列管内构件的鼓泡塔内测量了4种不同布气方式下的气含率和液速径向分布,并与无列管内构件的空塔中的分布进行了比较。结果表明:中心布气条件下气含率与液速的径向分布比空塔更为陡峭;环隙及近壁布气时呈现出环隙高、两边低的马鞍形分布;均匀布气时径向分布较空塔更为平坦。空塔内气体分布器的影响是局部性的,充分发展段在塔内占主要部分;而在列管塔中气体分布器的影响是全局性的,气含率与液速的初始分布决定着其全塔分布。在带列管的大型鼓泡塔中难以观察到充分发展段的存在,因此,气体分布器的设计具有比空塔更为重要的意义。     

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。