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作者

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烷基化工艺反应器进料系统的开发和研究

烷基化工艺反应器进料系统的开发和研究

引用

作者：丁同银中国石油大学（北京）

学位级别：硕士

烷基化是炼油工业中一种重要的加工技术,生产的烷基化油是理想的汽油调合组分。由于安全和环保问题,现有烷基化装置在国内未得到广泛应用。中国石油大学重质油国家实验室开发了一种清洁的,以离子液体为催化剂的烷基化工艺。根据液.液相... 详细信息

烷基化是炼油工业中一种重要的加工技术,生产的烷基化油是理想的汽油调合组分。由于安全和环保问题,现有烷基化装置在国内未得到广泛应用。中国石油大学重质油国家实验室开发了一种清洁的,以离子液体为催化剂的烷基化工艺。根据液.液相间射流破碎混合理论,本课题组开发了一种以喷头为射流破碎元件的新型烷基化反应器。\n 基于煤油-水体系与C4-离子液体体系物性上的相似性,采用数值模拟和实验相结合的方法,研究反应器内部煤油-水体系中油相的分布规律。\n 应用计算流体力学软件—FLUENT,详细研究了反应器内部多相流流动特性和喷头结构的对反应器内混合性能的影响,优选出较好的喷头结构并进行制造和实验。通过模拟和实验研究,考察了不同工况下反应器内部的情况,得到反应器内部油相的分布规律。\n 研究发现,正确地选择了物理模型和计算方法之后,模拟计算结果可以和实验测量结果较好的吻合,这验证了使用数值模拟方法研究反应器内多相流动的可靠性。本研究所获得的相关结论对理论研究和工程应用都有重要的意义。

关键词：数值模拟欧拉模型烷基化工艺反应器进料系统

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流體化床氣化爐內煤炭氣化之多相流數值模擬分析

流體化床氣化爐內煤炭氣化之多相流數值模擬分析

引用

作者：崔先棋成功大學

学位级别：碩士

流体化床反应炉具有高效率、高热传率、低燃烧温度、低污染物排放及燃料选择限制较低等优点，已广泛地被运用於化学工业及发电厂上。本研究以计算流体力学软体FLUENT做为模拟之计算软体，利用欧拉-欧拉方法针对流体化床之多相流建立分... 详细信息

流体化床反应炉具有高效率、高热传率、低燃烧温度、低污染物排放及燃料选择限制较低等优点，已广泛地被运用於化学工业及发电厂上。本研究以计算流体力学软体FLUENT做为模拟之计算软体，利用欧拉-欧拉方法针对流体化床之多相流建立分析模式，在欧拉模型中，气-固两相将被视为互相渗透的连续流体来处理。此模拟分析模式之物理模式包括：k-ε紊流模式、紊流反应模式、热辐射模以及颗粒流分子运动论。研究中，先对三维流体化床冷流流场进行分析，研究气泡之成因并确立流体化床速度之操作范围。在煤炭气化之研究部分，其结果之出口气体组成与实验进行比对，得到相似之趋势，同时探讨气化过程中各反应之影响。在参数分析部分，则进行不同ER值对气化之影响，结果发现ER值对於流体化床之沙床温度影响不大，但会影响出口成份之组成，随着ER值之升高，出口一氧化碳浓度将会增加，而氢气之浓度则会随ER值提升而降低。

关键词：氣化流體化床歐拉模型兩相流

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焦炉煤气脱硫吸收塔内两相流场计算流体力学数值模拟

焦炉煤气脱硫吸收塔内两相流场计算流体力学数值模拟

引用

作者：刘睿天津大学

学位级别：硕士

在水利、热能等工业工程学科中,多相流是一种非常重要的流动现象,在反应、吸收等化工单元操作中也常常出现,占有重要的地位。对于一些简单的流动情况,可通过目前的经验或半经验关联式进行预测。但对于大多数化工过程,这些关系式并不能... 详细信息

在水利、热能等工业工程学科中,多相流是一种非常重要的流动现象,在反应、吸收等化工单元操作中也常常出现,占有重要的地位。对于一些简单的流动情况,可通过目前的经验或半经验关联式进行预测。但对于大多数化工过程,这些关系式并不能呈现出整体流动效果。本文以商业化软件FLUENT作为计算平台,将计算流体力学(CFD)与两相流流动结合起来预测复杂吸收塔内的两相流动情况。首先,利用CFD技术对全塔内的单相流体流动及两相流动情况进行模拟。计算是在三维体系中展开,在满足收敛以及质量守恒条件后,得到了稳态条件下的全塔单相流场,并引入欧拉多相模型和多孔介质模型,对单相流含填料流场和两相流场进行了计算,根据计算结果对吸收塔的上升管、进气管等结构进行优化改进。根据前面提出的改进建议对吸收塔模型进行优化,并将全塔割分为上下两段,分别重新建立计算模型。并在全塔结果的基础上,对半塔中的单相流无填料状态进行了四种网格尺寸下的计算。为平衡计算效率和计算精度,根据湍流强度、湍流耗散率等流场参数,确定了全塔的网格尺寸,进一步在该网格下计算得到单相流场(无填料状态和含填料状态)及两相流流场。计算结果表明,对全塔的割分可以消除两段塔在迭代未收敛时的互相干扰,并且在工作站计算能力有限的条件下有效提高计算效率。在此基础上,考察了上段塔中气速对塔内流动情况的影响,结果表明,当塔内气速高于液泛点时,气液两相速度差加剧,湍流过于强烈,不利于两相间混合和传质。由于本文中计算对象尚无实验数据可供对照,因此,本文在最后部分对之前所确定的网格进行了独立性验证,比较了下段塔的两种网格数目(26.8万和半塔25.9万)下的单相流场和两相流场。由两次的预测结果比较可知,之前所确定的网格具有很好的独立性,已达到求解多相流所需的精度,无需进行加密处理。

关键词：计算流体力学多相流模型脱硫吸收塔欧拉模型

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冷却介质对内燃机冷却水腔内沸腾换热影响的模拟研究

冷却介质对内燃机冷却水腔内沸腾换热影响的模拟研究

引用

作者：武志伟江苏大学

学位级别：硕士

由于排放法规要求,内燃机逐渐向高功率、紧凑化和轻量化方法发展,导致内燃机热负荷问题较为严峻,因此需要强化冷却系统的换热,其中采用更好换热能力的冷却介质成为许多学者的研究方向。而且气缸盖冷却水腔鼻梁区局部区域的壁面温度高于... 详细信息

由于排放法规要求,内燃机逐渐向高功率、紧凑化和轻量化方法发展,导致内燃机热负荷问题较为严峻,因此需要强化冷却系统的换热,其中采用更好换热能力的冷却介质成为许多学者的研究方向。而且气缸盖冷却水腔鼻梁区局部区域的壁面温度高于冷却介质的饱和温度,所以水腔内存在沸腾换热现象。本文采用过冷沸腾换热两相流模型和三相流模型分别模拟气缸盖冷却水腔内以纯水和纳米流体作为冷却介质的沸腾换热过程,依据热流密度、压力、流速和汽泡体积分数等数据研究纯水和纳米流体的换热过程和机理。主要研究内容和结论总结如下:(1)基于欧拉-欧拉模型建立过冷沸腾换热两相流模型,在此基础上耦合欧拉-拉格朗日模型建立三相流模型,并使用两相流和三相流模型分别模拟气缸盖冷却水腔内以纯水和纳米流体作为冷却介质的沸腾换热过程。以Kim SJ的简化圆形通道试验数据验证模型的准确性,发现二者的模拟值与试验值平均误差低于5%,具有较好的计算精度。探究浓度和流速等对纳米流体沸腾换热的影响,结果表明:随着纳米流体浓度的增加,壁面换热系数增加;沿冷却介质流动方向,壁面换热系数先降低后增加;流速增加时,壁面换热系数下降。(2)数值模拟研究内燃机气缸盖冷却水腔内的过冷沸腾换热过程,根据计算要求建立柴油机气缸盖几何模型;根据耦合条件共用交界面Interface面网格分别划分固体域和流体域三维体网格;由柴油机的技术参数和标定工况条件等确定出、入口等流动边界条件和固体壁面热边界条件等。(3)对比纯水与AlO-水纳米流体计算获得的气缸盖冷却水腔壁面热流密度,随着纳米流体浓度的增加呈现增长趋势,其中2.0%体积分数纳米流体的平均热流密度增加9.34%,证明纳米流体具有强化换热的能力。观察以纯水作为冷却介质计算的热流密度,分析热流密度的组成确定激冷项热流密度的增加对强化换热有较大贡献。观察以纯水作为冷却介质的压力变化,最大压降为17.2 kPa,冷却水腔内压力分布均匀且各缸间压降较小,证明冷却介质流经气缸盖冷却水腔消耗的泵功较小。纳米流体为冷却介质时压降有小幅增加,但压力分布趋势基本一致,其中2.0%体积分数纳米流体的最大压降比纯水增加2.3 kPa。通过热流密度和压降分析认为在较小的泵功损失下有利于强化气缸盖冷却系统的换热。(4)以纯水作为冷却介质的火力面测点温度模拟值与试验值对比,确定两相流模型的适用性。结果表明:第四缸进气道与喷油器间的第20号测点温度与其他测点温度相悖,确定不予讨论;两相流模拟结果与试验值的平均误差仅为1.743%,分析认为两相流模型具有较好的适用性。气缸盖温度场存在较大梯度,排气侧温度高于进气侧,温度最高为576.4 K,位于第四缸火力面两排气道鼻梁区。冷却水腔壁面温度靠近火力面一侧较高,且由第一缸至第四缸呈现上升趋势,最高温度为419.8 K,位于第四缸两进气道鼻梁区。以2.0%体积分数纳米流体作为冷却介质时,均具有相同的分布趋势,但气缸盖外壁面最高温度降低5.8 K,冷却水腔壁面温度降低4.4 K。(5)观察流场发现:两种冷却介质的流速分布基本一致,最大值在6.8 m/s左右,平均流速基本满足设计要求,且纳米粒子可以强化基液的扰动程度,局部区域流速增加;第三缸与第四缸两进气道鼻梁区流线比较稀疏,流速低于0.5 m/s;横向和纵向截面流速显示局部位置出现流速低、流动漩涡等现象。由于鼻梁区位置温度高流速低,导致汽泡体积分数较大,纯水为冷却介质的最大值为18%,纳米流体作为冷却介质时有明显下降,但分布范围更广,这是因为纳米粒子使汽泡的分离直径减小及流体扰动增加,气泡在主流体中更容易破裂导致气泡体积分数降低;纳米粒子与加热面接触形成的微槽等细小结构,增加汽化核心使气泡分布范围更广。

关键词：内燃机沸腾换热冷却介质纳米流体欧拉模型

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高水头泄洪洞掺气设施研究

高水头泄洪洞掺气设施研究

引用

作者：肖鸿长江科学院

学位级别：硕士

随着坝工技术的发展,在高山峡谷所建的高坝,往往具有水头高、落差大、泄洪功率大等特点,由此可能引发的空蚀问题日益突出。相比于优化体型、降低过流面不平整度和抗空蚀材料的运用,掺气设施的设置是一种比较有效的减蚀措施。论文在广泛... 详细信息

随着坝工技术的发展,在高山峡谷所建的高坝,往往具有水头高、落差大、泄洪功率大等特点,由此可能引发的空蚀问题日益突出。相比于优化体型、降低过流面不平整度和抗空蚀材料的运用,掺气设施的设置是一种比较有效的减蚀措施。论文在广泛调研的基础上,以乌东德水电站3#泄洪洞明流段的1：30单体水工模型为背景,采用物理模型试验和数值模拟相结合的方法,对掺气设施的水力特性进行了研究,取得了以下成果： (1)通过试验观测了泄洪洞明流段不设掺气设施条件下的过流形态、沿程水面线、压力特性和水流空化特性,在此基础上拟定了三种掺气设施方案的布置位置和体型尺寸,并进行了掺气减蚀设施试验研究。 (2)试验结果表明,泄洪洞明流段曲线连接段及其以下流道的断面水流平均流速超过30m/s。底板沿程压力整体变化平缓,但曲线连接段的底板压力较低,水流空化数低于0.3,需采取掺气减蚀措施进行保护。根据测量结果,设计了三种方案的掺气设施位置和体型尺寸,并进行了相应的掺气减蚀效果验证试验研究。综合比较三种方案的掺气效果,推荐使用方案Ⅲ的掺气坎为泄洪洞底部水流掺气。 (3)在模型试验的基础上建立泄洪洞明流段三维模型,采用六面体结构化网格对整个计算区域进行疏密有别的网格划分,并以模型试验结果率定数值模拟的边界条件。 (4)采用标准κ-ε模型和VOF模型及欧拉模型对泄洪洞及掺气设施水力特性进行了三维数值模拟计算。主要计算了自由水面、掺气设施水力特性和空腔特性及坎后沿程渠底板中心线的掺气浓度。计算结果表明,VOF模型和欧拉模型可以在一定程度上模拟掺气设施水力特性和空腔形态等水力参数。总体而言,在对泄洪洞掺气设施的数值模拟方面,欧拉模型在一定程度上比VOF模型有更好的模拟精度。 (5)利用数值模拟可提高水利设计效率和节省费用,并为模型试验提供前期预测和指导，同时其结果可以作为模型试验补充和完善的依据，本文所采用的数值模拟方法及研究结果可供类似工程的研究参考。

关键词：泄洪洞模型试验数值模拟欧拉模型 VOF模型掺气设施

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强风沙对桥梁防风结构流场特征的影响研究

强风沙对桥梁防风结构流场特征的影响研究

引用

作者：高卫强新疆大学

学位级别：硕士

兰新二线是世界上经过风区最多、里程最长的戈壁铁路之一。由于独特的地理位置和气候环境,西北戈壁地区生态环境十分敏感和脆弱。受地形地貌和人类活动的影响,戈壁地区存在多处大风危害区域。兰新二线新疆段大风灾害主要分布于百里风区... 详细信息

兰新二线是世界上经过风区最多、里程最长的戈壁铁路之一。由于独特的地理位置和气候环境,西北戈壁地区生态环境十分敏感和脆弱。受地形地貌和人类活动的影响,戈壁地区存在多处大风危害区域。兰新二线新疆段大风灾害主要分布于百里风区、三十里风区、达坂城风区等地区,严重影响着高速列车的安全运营,兰新二线往往会因受到大风、沙尘等天气的影响而产生减速、停运等状况,而高速列车在桥梁上运行的气动特性会更加受到极端风的影响。因此,强风沙地区桥梁防风栅的防风阻沙性能研究刻不容缓。首先,在对戈壁风区具体风沙环境进行调研查证的基础上,以戈壁地区兰新二线桥梁防风工程为背景,根据兰新二线在戈壁风区运行的特点,建立了实物大小的桥梁防风栅模型,并对数值模拟方案的合理性进行了验证。其次,对戈壁地区桥梁防风栅周围的风沙流场进行数值模拟。对戈壁大风区桥梁防风栅不同布置形式、不同风沙流速下的防风栅周围的流场进行分析。再次,通过对双侧防风栅前后流场和防风效率的测定,对不同孔隙率的防风栅,不同风沙流速下的防风栅的风沙流场进行数值模拟。研究风沙流对防风栅响应规律的影响以及不同风沙流速、不同孔隙率下防风栅的防风特性及效果。最后,对比分析纯风环境与风沙环境下,有无列车时桥梁防风栅周围的流场情况。分析了不同孔隙率下,桥梁以及防风栅周围的压力、速度云图以及速度流线图的分布情况,并初步探讨了桥梁防风栅对高速列车运行安全的影响。

关键词：欧拉模型风沙两相流兰新二线桥梁防风栅

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旋流阻塞泄洪洞气水两相流特性与掺气规律研究

旋流阻塞泄洪洞气水两相流特性与掺气规律研究

引用

作者：李江波西安理工大学

学位级别：硕士

在高水头和大流量泄洪的情况下,建筑物内部往往会伴随着高速水流的冲刷、掺气、空化空蚀、急流冲击波等有害现象。较高作用水头时,旋流竖井式泄洪洞具有体型简单、布置灵活、较易施工、消能率高等特点。水平旋流阻塞消能工作为内消能工... 详细信息

在高水头和大流量泄洪的情况下,建筑物内部往往会伴随着高速水流的冲刷、掺气、空化空蚀、急流冲击波等有害现象。较高作用水头时,旋流竖井式泄洪洞具有体型简单、布置灵活、较易施工、消能率高等特点。水平旋流阻塞消能工作为内消能工的一种,其内部气水两相流水力特性复杂,掺气问题和空化空蚀问题一直是研究的重点,然而目前对高速旋流两相流特性和掺气规律的研究仍然处于探索阶段。本文采用模型试验与数值模拟相结合的方法,对不同作用水头和不同阻塞的水平旋流阻塞消能工气水两相流进行了研究: (1)水流经起旋器形成空腔旋流,阻塞扩散段转变为气水两相流;泄流量、流量系数随作用水头增加而增大;压强随着作用水头的增加而增大,在水平洞与阻塞段沿程下降,扩散段波动上升,局部有负压;空腔直径在起旋器至水平洞段减小,阻塞收缩段后沿程增大;通气量与排气量随作用水头的增加而增加。 (2)不同阻塞流态相似,阻塞比增大气水混掺区向上游移动;泄流量与起旋器喉口流量系数随阻塞比增大而减小,阻塞孔口流量系数呈相反趋势;阻塞增压效果明显;阻塞比增大,空腔直径会减小;阻塞比增大,上游通气量以及下游排气量减小。 (3)阻塞段垂向掺气浓度分布为底板处较小,随后急速增大,顶板迅速减小;阻塞段横向掺气浓度变化规律与垂直分布规律相近;退水洞段掺气浓度垂向变化从底板到洞顶逐渐增大,洞顶部分断面掺气浓度会迅速下降;退水洞掺气浓度横向各断面呈轴对称分布。 (4)对不同阻塞比掺气浓度进行了研究:阻塞段垂向分布,阻塞比m=0.5明显小于其他阻塞;阻塞段横向分布,阻塞大的体型,减小趋势更明显;退水洞段垂向分布,水流向下游发展,掺气浓度逐渐降低,阻塞比越大降低幅度越明显;从退水洞段横向分布来看,阻塞大的体型掺气浓度较小,但随水流向下游发展各阻塞掺气浓度逐渐接近。 (5)通过对水流掺气机理初步分析,水平空腔旋流在阻塞段和退水洞段水流掺气过程综合了自掺气和水跃强迫掺气两种掺气特点,同时附加离心力的作用。阻塞收缩段,旋流掺气主要为水流紊动引起的自掺气现象。进入阻塞扩散段后,旋流产生水跃现象。 (6)不同作用水头的掺气水流模拟与试验结果对比:①流态、壁面压强吻合良好;②阻塞扩散段形成漩涡状回流,随后逐渐减小。轴向流速呈轴对称分布,随作用水头增加而增大。切向速度为中心对称分布,沿程递减。182m水头由于水体摆动而无规律;③紊动能沿程衰减,随作用水头增大而增加;④掺气浓度分布相似,但实测值在阻塞段、退水洞前段及壁面处略大,其原因是由于计算气泡特征直径以及缩尺效应误差;⑤作用水头增加,空化可能性会增加,但由于掺气均匀,不会发生空化;⑥182m水头消能率较低,其余工况消能率达到55%以上,占消能工的60%以上,作用水头越大,消能效果越好。 (7)不同阻塞的掺气水流模拟结果与试验结果对比:①流态、壁面压强吻合良好;②各阻塞流线规律相似,阻塞比增大时,旋涡流线区域越小,在阻塞段各断面轴向和切向流速接近;③阻塞比越大水流紊动能增大,耗散率也更大;④掺气浓度分布相似,但在局部区域略有差异;⑤空化的可能性较低;⑥在阻塞段至退水洞前段消能率达到55%,占总消能率的60%以上,阻塞比增大时,消能率也增大。

关键词：水平旋流气水两相流欧拉模型掺气浓度水力特性掺气机理

来源：评论

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转杯纺纱器内流场特性数值模拟及实验分析

转杯纺纱器内流场特性数值模拟及实验分析

引用

作者：李相东浙江理工大学

学位级别：硕士

转杯纺纱属于气流纺的一种,是众多新型纺纱方法中技术最成熟、应用最广泛的纺纱方法,气流在转杯纺纱过程中起着重要的作用。国内外很多学者对转杯纺纱机的纺纱工艺包括转杯转速、分梳辊转速、喂给和牵引速度及负压气流大小等进行了不少... 详细信息

转杯纺纱属于气流纺的一种,是众多新型纺纱方法中技术最成熟、应用最广泛的纺纱方法,气流在转杯纺纱过程中起着重要的作用。国内外很多学者对转杯纺纱机的纺纱工艺包括转杯转速、分梳辊转速、喂给和牵引速度及负压气流大小等进行了不少的实验研究,但是对转杯内部气流场特性及转杯内纤维运动特性的研究不深入。而转杯内气流场特性及纤维的运动特性对成纱质量、纺纱效率、适纺范围等有很大影响,是研制高性能转杯纺纱机机制的技术基础。本文首先通过欧拉平衡方程得到旋转流场中压力方程,以纤维颗粒为纤维模型分析颗粒在转杯滑移面上的受力运动情况,给出滑移面角度对纤维颗粒运动的影响方程,理论计算常用滑移面角度范围。其次,以浙江某纺机公司转杯纺纱器为参考模型,建立转杯流场流道内模型,采用数值模拟方法对转杯内气流场特性进行仿真,得到转杯内速度、压力场分布,进而分析纤维输送管内和转杯内流动参数的变化对纤维运动的影响。接着,将纤维假设成微小纤维颗粒流,采用欧拉模型对转杯内纤维—气流两相流进行数值仿真,分析纤维颗粒流相在转杯内的运动分布情况。同时对不同转杯转速、不同滑移面角度、不同纤维输送管结构和倾斜角度等参数变化对转杯内纤维颗粒流分布的影响进行分析。最后,将转杯、纤维输送管及负压空腔等关键部件进行透明化处理,搭建转杯内纤维运动观测实验平台,利用高速摄影技术对纤维在透明输送管及转杯内的运动情况进行拍摄研究,分析其运动趋势,与仿真结果进行对比。通过本文研究,我们得到如下结论:1.转杯内部存在负压,压力大小与距转杯轴线距离有关,输送管是个渐缩管,截面积越小,气流速度越大,输送管入口处气流速度最小,从入口到出口速度不断增大,在输送管出口处出现高速涡旋,气流经输送管进入转杯后便出现与转杯旋转方向一致的旋转流动,旋转一周后在输送管出口处汇交,汇交区湍流强度大。2.纤维进入转杯后出现指向旋转方向的头端弯曲,之后沿滑移面运动到凝聚槽内聚集,并随转杯旋转而紧贴凝聚槽旋转流动,纤维相在滑移面上呈坡型分布,凝聚槽内纤维环长度不断增加。而滑移面角度的微小变化对纤维相流动状态影响不大,一般滑移面角度选70°左右。3.转杯转速对输送管内及转杯中心区(距转杯轴线距离12mm范围内)气流参数基本无影响,近旋转壁面区(距旋转壁面距离小于6mm)气流速度、压力受转杯转速影响大,在同一位置,转速越高,气流速度越大。4.输送管倾角影响纤维相流动方向及其在滑移面上的接触点位置,当倾角为32-37°时最佳,相同工况下,不同渐缩度输送管出口处静压和速度基本相同,而入口处气流速度和静压与渐缩度成反比。

关键词：转杯纺纱转杯输送管数值仿真欧拉模型高速摄影

来源：评论

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管道低点油流携杂质迁移规律研究

管道低点油流携杂质迁移规律研究

引用

作者：刘兵中国民航大学

学位级别：硕士

输油管道中存在大量的颗粒杂质,尤其在管道弯管低点处杂质沉积的现象更为严重。管道中的颗粒杂质会造成管件的堵塞,颗粒杂质沉积处也会引起积水,这将严重影响管道运行的安全。处于运行前期的管道、油田管道、海底管道中含有大量泥沙颗... 详细信息

输油管道中存在大量的颗粒杂质,尤其在管道弯管低点处杂质沉积的现象更为严重。管道中的颗粒杂质会造成管件的堵塞,颗粒杂质沉积处也会引起积水,这将严重影响管道运行的安全。处于运行前期的管道、油田管道、海底管道中含有大量泥沙颗粒杂质,因此,对管道弯管低点处泥沙颗粒运动规律的研究势在必行。本文采用激光粒度分析仪测量颗粒杂质粒径,在分析多相流模型和湍流模型的基础上,选用欧拉模型和Realizable k-ε模型来建立数值模型,利用Fluent模拟软件对弯管低点处泥沙颗粒的运动规律进行研究。在不同因素下泥沙颗粒运动特性研究中,以泥沙颗粒层推移速度和分布状态为参考对象,对各因素的影响进行分析。通过分析表明:泥沙颗粒推移速度与油流流速成正相关,与颗粒粒径成负相关;根据上倾角与推移速度和磨蚀的关系,为上倾角的选取提供依据。在二次流对泥沙颗粒影响的分析中,以泥沙颗粒受到二次流影响的分布状态为依据,得出在不同因素下二次流对泥沙颗粒的影响规律,确定泥沙颗粒受二次流影响强烈时,大部分颗粒会以环绕管壁的形式向前运动。最后,对各影响因素进行了数据拟合分析以及正交试验分析。数据拟合分析中,在不同影响因素下分别对压降梯度和推移速度的模拟结果进行数据拟合,得到了七个函数关系式。其中,颗粒层推移速度与颗粒粒径成线性关系,而推移速度与油流流速以及上倾角成指数关系,压降梯度与油流流速、弯管上倾角、颗粒粒径成指数关系。同时利用相关数据,验证了这些函数的正确性。在正交试验分析中,首先确定本文的正交试验表为L9（3～4）,以管道内压降和相同时间内颗粒层推移距离为试验指标,分别取油流流速、颗粒粒径、弯管上倾角的3个水平,进行正交表的设计,确定各因素对试验指标的影响大小以及较优的方案。

关键词：泥沙颗粒欧拉模型弯管运动规律数值拟合正交试验

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气固微小流化床流动特性的研究

气固微小流化床流动特性的研究

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作者：国帅青岛科技大学

学位级别：硕士

微小流化床反应器的微小体积有利于节能、减少污染物，提高反应效率，因此，微小流化床具有良好的传质和传热特性，还可以广泛用做气固催化或非催化反应的反应器。近年来兴起的计算流体力学（CFD）方法，具有方便的测定实验中不易测得... 详细信息

微小流化床反应器的微小体积有利于节能、减少污染物，提高反应效率，因此，微小流化床具有良好的传质和传热特性，还可以广泛用做气固催化或非催化反应的反应器。近年来兴起的计算流体力学（CFD）方法，具有方便的测定实验中不易测得的数据、优化实验设备、修正及验证理论模型、降低实验费用等优点，引起了许多研究者的兴趣。本文利用Fluent软件、基于Eulerian模型对气固微小流化床的两相流动进行数值模拟。首先，在床径为30mm的微小流化床内，考察了三种不同颗粒的流化特性，并且利用压力传感器研究了床层压降以及最小流化速度。结果表明，研究最小流化速度时，由于颗粒之间的黏合力选用降压法的床层压降要比升压法稳定的多。微小流化床内A类颗粒床层压降的计算值高于实验值，而B、D类颗粒的床层压降的计算值小于实验值。微小流化床内最小流化速度都会随着料高增加而增加，但不同的颗粒增幅不同。其次，本文采用流体力学模拟软件Fluent6.3，在内径30mm和高300mm的微小流化床内，对不同颗粒的腾涌流态化现象进行了实验研究和数值模拟。研究发现A类颗粒床层平稳发展，没有发生腾涌现象。系统考察了B类颗粒腾涌现象中流化状态转变、床层最大膨胀比以及压力脉动特性。通过与实验结果进行对比发现，模拟结果较准确预测了颗粒的腾涌流态化现象的特性，床层底部形成漩涡结构，有明显的内循环运动，床层膨胀高度也会增大，同时还会伴随着压力的巨大波动,随着床径的增加，床层的稳定性和均匀性得到提高。D类颗粒也发生腾涌现象，床内持续不断的形成大气泡，床层压降波动剧烈。最后，气固微小流化床内B类颗粒的鼓泡特性进行了系统研究，考察了鼓泡流态化时气固分布、床层膨胀比和床层压降等参数。研究结果表明，床层流态化具有非均匀性，整个空间可以分为乳化相和气泡相。为减小计算误差，通过研究几何模型、时间步长、颗粒碰撞恢复系数、曳力系数等因素对计算结果的影响，确定了采用2D模型，时间步长0.0005s，颗粒碰撞恢复系数0.90，曳力模型采用Syamlal-O’Brien模型为最佳计算参数。

关键词：微小流化床 CFD模拟欧拉模型腾涌鼓泡

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