列管式固定床反应器流动与传热研究

本文给出了列管式固定床反应器的环形流道内的压力系数、穿孔阻力系数，平行流和错流形式的反应器管间压力分布以及温度试验结果。综合这些研究结果，可以为大型列管式固定床反应器的设计提供可靠的理论依据。     

高温小直径固定床传热特性的研究

根据实验数据,提出了计算小直径固定床的有效导热系数λer和壁传热系数α_w的三种方法。 实验结果指出λ_(eλ)和α_w与Re_p·Pr呈线性关系,其斜率取决于d_p/d_t。由实验还可得到:在较高温度下,床层的平均温度对线性关联式的截距的影响更显著。     

固定床反应器传热参数的求取

采用模拟平板弯曲变形的曲面样条函数表达温度分布函数,由此建立一种在固定床反应器内由实验数据推算传热参数的算法,并求出一个温度分布函数。线性方程组的求解采用全主元高斯消去法,目标函数的求解采用单纯形法。本方法计算结果可靠,与文献值符合良好。此法还具有算法稳定,对初值要求不高等优点。     

固定床径向传热参数的实验测定

径向测温法系根据床层出口温度分布,利用二维传热方程理论解求取固定床径向有效导热系数 K_e 和壁给热系数 H_W 的有效方法,它具有测温元件对床层流型干扰小、测温精度高,计算结果准确能适应较低床层等优点。为了提高径向测温法的准确度,我们将只测定一次床高的径向温度分布改为分别测定不同床高的径向温度分布,井将床层初始高度选为1m 左右,以排除床高对K_e 和 H_W 的影响,求得其渐近值。本文选定目标函数 F=sum from n=0 to N sum from m=o to M(t_(cal)-t_(exp))~2,用一阶梯度法,共轭梯度法,BFS 变尺度法等最优化法在 TRS—80机上算出 F 值最小时所对应的 K_e 和 H_W 值,并将它们整理为传热 Pe 数的函数,取得令人满意的结果。为加快运算速度,文中用四点测温法的计算结果,作为最优化法初值。     

CFD方法在固定床反应器传热研究中的应用

固定床反应器是一种常见的化学和生化反应器,由于内部结构十分复杂,固定床内的局部流动和传热过程研究一直是一个颇具挑战性的问题。有效参数法是长期以来固定床传热研究的常用方法,但是由于对固定床内温度场缺乏准确的了解,目前为止许多基于有效参数法的传热模型的普适性仍然存在问题。计算流体力学（CFD）的数值模拟方法是近年来应用于固定床流动和传热研究的一种新的研究方法,它通过数值方法求解流动和传递的微分方程组而获得流场和温度场。CFD数值模拟方法能够提供精确的局部流动和传递信息如速度分布、压力分布、温度分布、组分浓度分布等。本文综述和分析了CFD方法在固定床反应器的流动和传热研究领域的最新进展,讨论了CFD方法在该领域的应用前景。     

固定床内传热参数的估计与分析

本文在系统地考察了各种因素对床层径向有效导热系数和壁传热系数影响的实验研究与计算机模拟的基础上,对文献中发表的固定床内传热参数估值离散的原因进行了分析。结果表明,Bi取值在5.0左右时,对床层出口温度比较敏感,是造成h_(?)估值离散的重要原因之一。床层填充的随机性影响床层温度分布,低床层、低Re_p条件下估计参数误差要大。d_(?)取值范围不同,壁冷却和壁加热条件下估计出的参数均会不同。     

固定床反应器中传热参数的相关分析

传热参数在无反应下敏感性不高，改变模型参数的形式只是数学上的变换，并不能提高参数估计的准确程度，放热反应存在下每个参数都变得很重要，因此对参数的准确程度提高了很高要求。     

固定床中丝状颗粒的传热传质特性

目前对于固定床中丝状填充颗粒传热传质特性的认识仍处于初始阶段。为了能够从颗粒尺度的微观层面揭示丝状颗粒与气体、颗粒与颗粒之间的热、质传递机理,建立了一种丝状颗粒传热传质数学模型,之后将离散单元法与计算流体力学相结合,对实验中较难获得的床层局部流动及传递信息进行了数值模拟,并着重分析比较了气流入口温度以及表观气速等关键因素对固定床中丝状颗粒温度和含水率变化的影响规律。通过模拟结果与实验数据的对比,验证了所建模型的可行性。研究结果表明:同一时刻,固定床中颗粒温度大体上是随着床层高度的增加而降低,含水率则是随着床层高度的增加而升高;气流入口温度对于固定床中丝状颗粒平均温度的提升起着主导作用,而颗粒的传质速度则受表观气速的影响更为明显。     

固定床传热中的参数估值传热参数中的床高效应

本文试验测定了固定床的传热数据,计算和分析表明,床高效应反映了加热段进口热边界层对传热参数的影响,不能通过在传热 模型中引入轴向导热项或采用抛物线型进口边界条件获得补偿;轴向导热项对拟合传热参数以及模拟床层内的温度场均无意义,因此拟均相模型应该采用ＰＦ模型的形式。要想到可靠的传热参数,必须通过不同床高下的传热 数据来获得传热参数的渐近值。     

固定床错流流动和传热耦合的数值模拟

引入对流项和黏性项的流动模型和传热模型耦合,对内置传热管构件的固定床错流传热进行了研究,获得了床层温度分布,并与文献实验数据进行比较:计算值与文献实验值基本一致,表明模型能正确描述床层的温度分布。然后在不同的三角形和正方形排列方式情况下,研究了床层内在多圆管管间及周边的温度分布,结果表明:错流传热与流体流动方向密切相关,床层被加热的区域在加热管二侧,管壁附近和床层加热管前方,这些区域出现了较宽的被加热区;采用三角形排列方式,与采用正方形排列方式相比,强化了床层内的对流传热,使得床层内温度分布更趋于均匀。     

耦合传质的羰基化固定床反应器传热模拟分析

固定床反应器中进行强放热反应时, 反应器的热点温度对操作参数变化敏感,容易引起飞温,导致转化率下降,影响催化剂寿命。为强化羰基化固定床反应器内热质传递与化学反应的协同性,建立考虑颗粒内扩散影响的羰基化固定床反应器拟均相一维传热模型,考察操作参数对床层热点温度、反应转化率、床层温升的影响。不仅体现传热传质和反应的协同作用,而且影响关系明晰、求解方便。为保证反应转化率,本实验条件下确定催化剂颗粒直径小于等于1.5 mm。反应器入口温度/冷却剂油温既要满足床层热稳定性需求,又要使反应转化率和床层温升都在合理范围内。模拟结果表明在床层入口温度升高的同时,可通过降低冷却剂油温获得良好的反应转化率和较小的床层温升。在此基础上,考察入口环氧乙烷浓度对反应转化率和床层温升的影响。本研究可为固定床反应器满足转化率要求、床层合理温升而选择催化剂颗粒直径、床层入口温度、冷却剂油温和床层入口浓度等操作参数提供计算依据。     

一个大范围适用的固定床传热参数估计方法

本文研究指出，经典的一维与两维模型传热参数关系式：１Ｕ＝１ｈｗ＋Ｒ４Ｋｅｒ仅仅在Ｂｉ＜１．８０８情况下适用，而Ｂｉ的取值通常在１．１和１０之间。鉴于此，本文建立了新的传热关系式，它由Ｕ＝λ１２２ＲＫｅｒ，λ１２＝１２（１－１．３３Ａ－０．３３和Ｂｉ＝λ１２４ｅｘｐ（－ａλ１２Ｌ）Ｔ０－ＴｗＴ（Ｌ，ｍ）－Ｔｗ－λ１２三个式子组成，其使用范围可拓展到Ｂｉ１０．５３，在整个固定床操作域内无条件使用。同时，此法使Ｋｅｒ的估计从两参数的依赖关系中独立出来，实现了分步估计的目的。文中还对一个著名的传热实验（Ｃｏｂｅｒｌｙ和Ｍａｒｓｈａｌ，１９５１）进行了剖析，揭示出某些实质性问题，对传热研究中应注意的问题提出了建议。     

列管式固定床反应器管束间单相流动与传热的CFD研究

为研究列管式固定床反应器壳程内换热介质的流动与传热特性,采用数值模拟的方法求解得到壳程流体速度与温度分布场.模拟结果受湍流模型影响,将壳程传热膜系数和压降的CFD模拟结果与经验方法结果进行比较后选择偏差最小的realizable k-ε湍流模型.模拟结果显示换热介质在反应器壳程内的流动与传热分布不均匀,折流板前背部存在漩涡和传热死区,错流区和折流板缺口区的传热效果较好.为验证CFD模拟结果的可靠性,将不同传热量和进口流量条件下的模拟结果与经验方法结果进行比较,偏差在可接受范围内.     

固定床传热理论的进展及若干问题的讨论

本文对固定床传热研究工作做了系统的综述,并对现有固定床传热模型的发展背景、数学模型、模型参数测定与数学模型求解的方法进行了分析,指出了现有模型的局限性和实验研究工作中所存在的问题,以及进一步改进的方向。本文亦对传热研究中值得注意的几个问题及目前若干活跃的研究课题作了较深入的讨论。     

固定床吸附过程传热传质耦合影响数值模拟

引言 多孔介质中物质传递与热量传递相互影响,这种现象最早由Soret和Dufour提出[1].由温度梯度作用产生的传质效应称为Soret效应(热附加扩散效应),它代表由温度场的不均匀性而导致的传质现象;由浓度梯度作用产生的传热效应称为Dufour效应(扩散附加热效应),它代表由浓度场的不均匀性而导致的传热现象.     

用正交配置技术估计固定床内的传热参数

用正交配置技术与非线性最小二乘估计固定床内的传热参数.用多通道巡回检测装置同时测定沿床层径向分布的40个正交配置点上的温度.系统地考察了床高、Re_p、d_t/d_p、气体入口温度、壁温对K_(er)和h_w的影响,并提出了以下的关联式k_(er)=0.199+0.015d_t/d_p+0.0020/1+14.15(d_p/d_t)~2Re_ph_w=33.4+4.23d_t/d_p+0.331/1+8.45(d_p/d_t)~2Re_p(5.5相似文献   

气体流动条件下钴基催化剂固定床的传热

在气体流量4~8 Nm3/h、气体分布器进口温度190~210℃、加热管壁温约240℃的条件下,对气体流动时活性组分呈蛋壳型分布的钴基催化剂固定床的传热进行了实验研究,建立了二维拟均相传热模型,利用正交配置法和Levenberg-Marquardt法对其求解,得到了钴基催化剂床层径向有效导热系数及壁给热系数的关联式,并将传热参数与由气体处于静态时固定床的有效导热系数计算而得的固定床传热参数值进行了比较,在气体入口温度范围内考察了其对固定床传热参数的影响. 结果表明,实验所得传热参数与文献值的最大偏差绝对值均在15%以内.     

低流量下微细颗粒固定床的温度分布及有效传热参数研究

为探索微小型热生物传感器中反应器内部的传热特性,研究了恒壁温(60℃)条件下,低流量(5,3和1 mL·min-1)和微细颗粒直径(平均直径分别为1,0.75和0.45 mm)对固定床内部温度分布的影响,并结合二维均相传热理论模型,获得了有效径向导热系数和有效壁面传热系数等重要参数。研究结果表明,即使在流量非常小(如1 mL·min-1)的情况下,固定床入口段温度分布也很不均匀,存在明显的"入口段效应",但随着床层的增高,这种效应快速减弱;实验所采用树脂颗粒的导热系数很低,颗粒直径越小,接触热阻和流动阻力也越大,导致其有效传热参数越小,不利于热生物传感器中微量反应热信号的检测;在相同Rep时,本研究的有效径向导热系数明显小于文献值,而有效壁面传热参数与多数文献值比较接近。     

固定床中热气体非稳态渗流传热与煤热解过程

针对煤燃烧前热解脱硫工艺 ,研究固定床中气体渗流传热传质与煤热解反应综合过程 ,建立多孔介质非稳态渗流传热传质与煤热反应相互作用的物理数学模型 ,研究不同情况下床内气固温度和煤热解挥发分析出浓度瞬态分布规律 .计算结果表明 ,固定床中煤料的热解反应主要发生在床层下部的热渗透作用区域 ,随着运行时间的延长 ,煤热解区段不断向床高方向推移 .提高热气入口温度 ,热渗透作用区域内的物料温度水平提高 ,煤粒热解反应期缩短 .在热作用区域 ,煤热解反应与渗流传热传质过程密切相关 .模型计算结果与文献中的实验数据进行了比较 ,两者符合较好 .研究结果对于煤燃烧前热解脱硫装置的设计与运行具有一定的参考作用     

热管式气液固三相固定床鼓泡反应器的传热性能

为了研究热管式气液固三相固定床鼓泡反应器的传热性能,在一内径为50 mm、高800 mm床内充以多孔填料,内插一根φ16 mm×2 mm的水-不锈钢热管的固定床反应器中,用并流向上的热水和氮气进行传热试验研究.研究结果表明：传热量随气相速度u_g增大而增多,在气相速度达到某一数值后,气相速度对传热的影响不显著;并采用最小二乘法拟合得到了试验条件下固定床鼓泡反应器床层与热管加热段管壁之间传热系数的经验计算式.所得到的方程得到了热模试验的验证.