检索结果-内蒙古大学图书馆

石油工业技术监督 2023年第4期39卷 24-32页

作者：蒋晓斌高凌霄曹锴党博王治国中海油(天津)管道工程技术有限公司天津300450 西安石油大学新能源学院陕西西安710065

针对压裂返排过程中固体颗粒引起的冲缝筛管冲蚀问题,分析颗粒近壁面冲蚀行为,为井下防砂工具的冲蚀研究提供依据。利用计算流体力学方法,基于稠密离散相模型,编写用户自定义函数UDF,研究高砂质量分数下撞击壁面的数目、速度和角度等颗... 详细信息

针对压裂返排过程中固体颗粒引起的冲缝筛管冲蚀问题,分析颗粒近壁面冲蚀行为,为井下防砂工具的冲蚀研究提供依据。利用计算流体力学方法,基于稠密离散相模型,编写用户自定义函数UDF,研究高砂质量分数下撞击壁面的数目、速度和角度等颗粒的运动特性。通过冲蚀速率增长率的变化确定临界冲蚀流速。结果表明,在压裂返排过程中,颗粒撞击速度随着入口流速的增加而增加,是引起冲蚀速率增加的主要原因。入口流速从6 m/s增加到12 m/s时,孔眼出口处的冲蚀速率最大值从3.54×10^(-2)mm/kg增长到3.42×10^(-1)mm/kg,增长9.66倍;颗粒撞击角度随着流速增加不发生变化;砂质量分数增加,导致入口处颗粒数量增加,颗粒撞击频率也增加,颗粒平均撞击速度更低,速度波动幅度增大,同时颗粒平均撞击角度波动幅度较大,且颗粒平均撞击角度降低。研究结果为冲缝筛管在油气田的应用安全性提供了一定参考。

关键词：稠密离散相模型计算流体力学压裂返排冲缝筛管冲蚀

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基于DDPM-RSM的浆体管道冲蚀磨损数值模拟研究

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中国腐蚀与防护学报 2025年第3期45卷 709-719页

作者：肖琦琨马军郭凯熊新袁浩然昆明理工大学信息工程与自动化学院昆明理工大学云南省智能控制与应用重点实验室

为揭示浆体输送过程中铁精矿对管道的冲蚀磨损机理，提出了一种基于稠密离散相模型(DDPM)与响应曲面法(RSM)的浆体管道冲蚀磨损特性分析的方法，模拟浆体输送过程中铁精矿对管道造成冲蚀磨损行为，并分析单因素和多因素耦合对管道冲蚀... 详细信息

为揭示浆体输送过程中铁精矿对管道的冲蚀磨损机理，提出了一种基于稠密离散相模型(DDPM)与响应曲面法(RSM)的浆体管道冲蚀磨损特性分析的方法，模拟浆体输送过程中铁精矿对管道造成冲蚀磨损行为，并分析单因素和多因素耦合对管道冲蚀磨损的影响。首先，结合铁精矿输送实际工况，建立计算流体力学模型；其次利用公开数据集验证E/CRC冲蚀模型的准确性，表明该模型可用于计算矿浆管道的冲蚀磨损；最后，探究入口流速、颗粒粒径、颗粒质量流率及矿浆流动方向对管道冲蚀磨损的影响，设计RSM试验分析不同因素影响重要程度。结果表明：冲蚀速率随入口流速增加而增大，在1.5～2.0 m/s范围内管道的冲蚀磨损最小；随着粒径增大，冲蚀速率呈现先减小后增大的趋势，粒径大小为100μm时，能有效降低管道冲蚀磨损；随着颗粒质量流率增加，最大冲蚀速率先增大，后减小，最后趋于稳定，存在临界质量流率，结合管道运输的经济性，颗粒质量流率应大于2.5 kg/s;3种流场因素对管道冲蚀磨损影响程度为入口流速>颗粒质量流率>颗粒粒径；多因素耦合下，入口流速与颗粒粒径对管道冲蚀磨损影响最大。可为管道冲蚀防护提供理论依据。

关键词：浆体输送计算流体力学冲蚀磨损稠密离散相模型响应曲面法数值模拟

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稠密同轴气固射流的CFD模拟

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化学反应工程与工艺 2019年第6期35卷 542-551页

作者：周泉姜从斌葛志红丁建平马冬郭进军航天长征化学工程股份有限公司北京100010

同轴气固射流在能源领域具有广泛地应用,但大多数研究集中在颗粒浓度较低的工况。为了研究稠密同轴气固射流的流动特性,采用了稠密离散相模型(DDPM)耦合离散元模型(DEM)的方法对该体系进行计算流体动力学(CFD)模拟,该方法同时考虑了孔... 详细信息

同轴气固射流在能源领域具有广泛地应用,但大多数研究集中在颗粒浓度较低的工况。为了研究稠密同轴气固射流的流动特性,采用了稠密离散相模型(DDPM)耦合离散元模型(DEM)的方法对该体系进行计算流体动力学(CFD)模拟,该方法同时考虑了孔隙率对气固曳力的影响和颗粒间的碰撞作用。由于射流过程中,气体对颗粒的作用占主导,分别考虑了不同环形气体速度和气固曳力模型对气固流动的影响。模拟结果表明,该模型能合理地模拟在不同气速下稠密气固两相射流的颗粒弥散特性,与实验现象定性一致。在较高气速下,引入湍流模型对预测结果有显著影响,模拟得到的颗粒弥散程度较大。不同气固曳力模型对颗粒弥散的预测有明显影响,Wen&Yu曳力模型下颗粒弥散程度较大,Gidaspow模型次之,Syamlal&O’Brien模型给出的颗粒弥散程度较小。

关键词：同轴射流颗粒弥散稠密离散相模型离散元模型

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基于蓄热式固定床气化装置的木质生物质固废气化CFD模拟

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新能源进展 2024年第5期12卷 520-531页

作者：孙泽芃顾菁王亚琢刘泽健袁浩然中国科学技术大学热科学和能源工程系合肥230026 中国科学院广州能源研究所广州510640

基于计算流体力学-稠密离散相模型,建立新型蓄热式气化装置的数值模拟模型,根据上吸式固定床气化特性优化了前处理设置,研究不同过量空气系数下炉内流体流速、压力、温度与组分的分布,分析炉内各组分质量分数在不同时刻及过量空气系数... 详细信息

基于计算流体力学-稠密离散相模型,建立新型蓄热式气化装置的数值模拟模型,根据上吸式固定床气化特性优化了前处理设置,研究不同过量空气系数下炉内流体流速、压力、温度与组分的分布,分析炉内各组分质量分数在不同时刻及过量空气系数下的分布及演化规律。研究表明,颗粒床层为影响流体流速、压降的主要因素,流体流经床层产生了50~75 Pa的压降。炉内温度场呈现出明显的干燥-热解-还原氧化分区,各工况的温度曲线几乎重叠,大致存在4个拐点。在低过量空气系数区间,气化剂流率的提升对燃气组分影响不大。气化装置的设计有利于提升燃气中H2的质量分数及CO/CO_(2)的质量分数之比,有效提升了燃气热值。

关键词：上吸式固定床稠密离散相模型过量空气系数物理量分布

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循环流化床O2/CO2富氧燃烧过程的CFD数值模拟研究

循环流化床O2/CO2富氧燃烧过程的CFD数值模拟研究

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作者：吴影东南大学

学位级别：博士

近年来,二氧化碳（CO2）的排放所带来的环境问题已经引起广泛的关注。在中国,以燃煤电厂为主导的电力行业一直是CO2排放的最大贡献者,大力发展燃煤电厂CO2减排技术意义重大。循环流化床O2/CO2富氧燃烧技术被认为是目前最有前景的CO2捕... 详细信息

近年来,二氧化碳（CO2）的排放所带来的环境问题已经引起广泛的关注。在中国,以燃煤电厂为主导的电力行业一直是CO2排放的最大贡献者,大力发展燃煤电厂CO2减排技术意义重大。循环流化床O2/CO2富氧燃烧技术被认为是目前最有前景的CO2捕集技术之一。但是,循环流化床煤燃烧是一个极其复杂的过程,同时耦合了多相流动、传热传质以及各种均相、非均相化学反应,从而大大增加了循环流化床煤燃烧过程理论分析和试验研究的难度。随着计算机技术的发展,基于计算流体力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）的数值模拟方法已经成为研究气-固流化床的重要手段。利用CFD数值模拟方法进一步展开流化床反应器的相关机理研究,对循环流化床O2/CO2富氧燃烧技术的发展具有重要的意义。本文基于CFD数值模拟方法,分别在欧拉-欧拉框架和欧拉-拉格朗日框架下建立了三维循环流化床煤燃烧的综合模型,并分析了O2/CO2富氧气氛下循环流化床的流动、传热、燃烧以及污染物排放等重要特性,研究结果加深了人们对于循环流化床O2/CO2富氧燃烧的认识。全文主要的研究内容如下:（1）基于欧拉-欧拉框架下的双流体模型（TFM）,建立了三维循环流化床煤燃烧CFD综合模型,耦合了流化床内气固流动、传热传质以及各种均相与非均相化学反应等过程,成功获得了循环流化床内气固流动、温度分布、气体浓度分布以及煤燃烧化学反应等诸多特性。在气固流动方面,采用EMMS曳力模型,床层被分为明显的底部密相区和上部稀相区,并且能观察到“环-核”状流动结构。在燃烧特性方面,床温轴向分布与试验数据较为接近,且不同高度处的径向温度分布差异较大,另外气相温度与固相温度非常接近,表明了循环流化床良好的气固传热特征;同时,各个气体组分（包括污染气体）沿着床层高度的轴向分布特征以及不同高度的径向分布特征都可定量地呈现出来,丰富了循环流化床燃烧的研究数据。各类模拟结果与试验数据较为吻合,验证了所建模型的可行性。另外,对基于两种不同气固曳力模型的模拟结果进行了对比分析,发现气固曳力模型直接关系着固相在床层内的分布,从而进一步影响着床层内的燃烧份额,两种不同的曳力模型在气固流动、温度分布以及气体浓度分布等计算结果有着显著的差异,表明曳力模型不仅对冷态流动过程非常重要,对热态过程模拟结果也具有不可忽视的影响。（2）应用建立的双流体模型模型（TFM）,开展了烟气循环方式下循环流化床富氧燃烧过程的数值模拟研究。在烟气循环燃烧工况下,循环烟气份额、压力、温度以及气体排放浓度与试验数据较为吻合,验证所建烟气循环方式下循环流化床富氧燃烧模型的可行性。对比了配气燃烧工况和烟气循环燃烧工况的模拟结果。模拟结果显示,在烟气循环燃烧工况下,H2O（g）、NO和SO2等气体的富集过程较为明显,而CO由于出口浓度远低于炉膛密相区的浓度,其富集效应不明显。烟气循环富氧燃烧过程有利于降低CO、NO和SO2等污染物气体的排放量。对比焦炭燃烧速率相关的反应动力学常数和氧气扩散常数可以发现,所模拟的焦炭燃烧属于动力-扩散联合控制,且反应动力学常数比氧气扩散常数对温度更为敏感。同时,预测了高O2浓度气氛下循环流化床烟气循环富氧燃烧特性。在相同给煤量的基础上,将入口风O2浓度分别调整为21%,30%和40%,并对三种工况的模拟结果进行对比。模拟结果显示,在保持炉膛截面积不变的前提下,随着入口风O2浓度的增加,流化风速降低,炉膛内密相区床层高度逐渐降低;另外,O2浓度的增加会提高煤燃烧速率,使得炉膛整体烟气温度随着O2浓度的增加而增加;在气体排放方面,CO2和H2O（g）的排放浓度均维持在一个较高的数值;对于污染性气体,CO与NO、SO2呈现出不同变化趋势,CO的排放量随着O2浓度的增加而降低,而NO、SO2排放量随着O2浓度的增加而增加。（3）采用欧拉-欧拉框架下的双流体模型（TFM）和欧拉-拉格朗日框架下的稠密离散相模型（DDPM）,分别建立快速流化床冷态实验台的三维气固流动模型,对比了两种模型下快速流化床冷态气固流动的差异,并对两种模型下的一些关键参数进行了敏感性分析。结果显示,DDPM模型可以模拟出快速流化床的气固流动,但与TFM模型的结果存在一定的差异,特别是径向参数的差异较为明显。对径向固相速率分布而言,两种模型边壁处的速率均有所下降,但是DDPM模型的速率分布比TFM模型更为对称;DDPM模型的固相速率和出口固相流率比TFM模型要高。在关键参数的敏感性分析中,对于两种模型而言,气固曳力模型都呈现出较为明显的影响,因而在模拟过程中,气固曳力模型的选择需要做详细的验证,而TFM模型中颗粒碰撞恢复系数和镜面系数,以及DDPM模型中反射系数和颗粒团数目影响较小,在模拟过程中只需选取合适的常规数值即可。两种模型模拟的床层压降和固相颗粒浓度十分

关键词：循环流化床 O2/CO2富氧燃烧 CFD数值模拟双流体模型稠密离散相模型

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充填输送管道冲蚀磨损分析

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润滑与密封 2015年第7期40卷 106-109页

作者：刘原勇陈云华朱翠雯山东理工大学机械工程学院山东淄博255049

为研究高体积分数固-液两相流对输送管道的冲蚀磨损程度,采用计算流体力学(CFD)和固液两相流理论,建立冲蚀磨损及流场模型,采用欧拉模型中的稠密离散相模型(DDPM),利用Ansys中的流体动力学模块,对输送管道中的颗粒流场特性和颗粒对管道... 详细信息

为研究高体积分数固-液两相流对输送管道的冲蚀磨损程度,采用计算流体力学(CFD)和固液两相流理论,建立冲蚀磨损及流场模型,采用欧拉模型中的稠密离散相模型(DDPM),利用Ansys中的流体动力学模块,对输送管道中的颗粒流场特性和颗粒对管道的冲蚀磨损进行分析。结果表明,入口速度较低时冲蚀主要集中在水平管靠近出口附近,随着入口速度的增加,冲蚀区域逐渐移到弯管附近,且管道的最大冲蚀量有降低的趋势;冲蚀率的大小既与冲蚀速度有关,也与颗粒体积分数有关,当两者符合一定关系时,冲蚀率达到最大。

关键词：稠密离散相模型输送管道冲蚀磨损流体动力学

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离心泵内部稠密细颗粒固液两相流动及磨损特性研究

离心泵内部稠密细颗粒固液两相流动及磨损特性研究

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作者：吴卫东浙江理工大学

学位级别：硕士

离心泵的主要作用是输送流体介质,在工业生产及生活中应用非常广泛。在输送介质时,泵内有固相颗粒的存在,而颗粒特性改变不仅会导致离心泵性能变化,也会引起泵内过流部件磨损。因此探究颗粒特性对离心泵性能及磨损的影响,对泵输送能力... 详细信息

离心泵的主要作用是输送流体介质,在工业生产及生活中应用非常广泛。在输送介质时,泵内有固相颗粒的存在,而颗粒特性改变不仅会导致离心泵性能变化,也会引起泵内过流部件磨损。因此探究颗粒特性对离心泵性能及磨损的影响,对泵输送能力提升和结构优化有着重要意义。本文建立了离心泵水力模型,并选用欧拉多相流模型及RNG k-ε湍流模型对离心泵内部流场进行稳态及瞬态模拟,分析了固相颗粒粒径(0.05 mm、0.10 mm、0.18 mm、0.30mm)、体积分数(10%、20%、30%、40%)下离心泵内部压力及颗粒浓度分布。搭建固液两相流动试验台测量颗粒特性变化时离心泵的外特性数据,探讨固相颗粒特性的改变对离心泵外特性参数的影响。然后,选用稠密离散相模型并添加磨损模型模拟离心泵内的流动状况,根据模拟结果探讨固相颗粒特性变化对离心泵磨损位置和磨损速率的影响。采用欧拉多相流混合模型及滑移网格模型对离心泵水力模型进行瞬态模拟,分析不同颗粒粒径、体积分数泵内流场的变化。发现当颗粒粒径增大时,固液两相流的流动性能下降,颗粒浓度分布均匀性降低,叶轮流道内的颗粒由叶片背面逐渐向工作面迁移,蜗壳近壁面区域的颗粒浓度升高;当颗粒体积分数增加时,泵内颗粒浓度升高,但颗粒的位置分布基本不变。通过对离心泵水力模型进行稳态模拟获得其外特性数据,并结合固液两相流动试验结果对不同粒径、体积分数条件下离心泵的扬程、效率进行分析。结果表明:当粒径增加时,泵的扬程、效率、轴功率逐渐降低;当体积分数增加时,泵的扬程、效率降低,轴功率升高。而且模拟结果与试验结果之间的偏差随着粒径和体积分数的增大而增大。选用稠密离散相模型(DDPM)对离心泵水力模型进行瞬态磨损模拟,分析不同颗粒特性下固液两相流动对离心泵过流部件的磨损,结果表明:当颗粒粒径增大时,叶片背面、前盖板上靠近背面一侧的磨损程度降低,工作面头部、前盖板上靠近工作面头部一侧磨损程度升高;当体积分数增加时,离心泵过流部件的磨损位置不变,磨损量增加。颗粒进入叶轮流道内首先与叶轮头部接触,经碰撞后一部分反弹向叶片背面运动,一部分沿流道流出。在隔舌附近存在颗粒回流现象。

关键词：离心泵固液两相流动混合模型磨损稠密离散相模型

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基于CFD-DEM耦合的Al-PTFE复合材料机械活化过程研究

基于CFD-DEM耦合的Al-PTFE复合材料机械活化过程研究

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作者：高晓阳陕西科技大学

学位级别：硕士

铝(Al)粉凭借其独特的放热性能,经常作为助燃剂添加在火炸药和推进剂中。然而微米级Al粉在燃烧中会出现团聚现象,降低了能量释放效率。高能搅拌球磨方法制备的铝-聚四氟乙烯(Al-PTFE)复合粉体能够解决微米级Al粉燃烧中的团聚问题。本文... 详细信息

铝(Al)粉凭借其独特的放热性能,经常作为助燃剂添加在火炸药和推进剂中。然而微米级Al粉在燃烧中会出现团聚现象,降低了能量释放效率。高能搅拌球磨方法制备的铝-聚四氟乙烯(Al-PTFE)复合粉体能够解决微米级Al粉燃烧中的团聚问题。本文通过多尺度建模方法,模拟了 Al-PTFE复合粉体的高能球磨过程,旨在研究粉体的变形机制,并分析影响粉体变形机制的主要参数。仿真结果用来指导现实中的球磨机结构与工艺优化,并为中试放大提供工艺参数优化建议。主要研究内容和结论如下:(1)采用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)与离散元法(discrete element method,DEM)耦合方法建立了高能球磨宏观尺度仿真模型,研究了磨球在流体中的运动规律,揭示了磨球相互碰撞机理。结果表明:将所有磨球视作整体,当球磨机内的磨球运动保持稳定时,磨球受到流体的作用力、与罐体竖直壁面接触产生的摩擦力以及与罐体底面接触产生的支撑力,以上三种力沿z轴向上的矢量和与磨球自身重力大小相等,方向相反,从而使整个磨球保持在一个稳定的高度上运动。经过统计分析,发现在磨球运动的稳定阶段,相对速度的法向分量频率分布呈现出幂律分布规律,磨球相互碰撞中的低速碰撞占主体,而相对速度法向分量会对切向分量分布产生间接影响,大相对速度法向分量区间内对应的切向分量数值普遍更大,且切向分量的数值分布也更加平均。(2)介观仿真通过稠密离散相模型(dense discrete phase model,DDPM)模拟了磨球撞击粉体过程,研究了不同相对速度下的流场以及粉体在流体中的位置分布,推导了相对速度与受撞击粉体数量之间的内在关系。结果表明:在磨球撞击粉体时,相对速度法向分量增大会导致碰撞接触点附近的流场速度梯度变化更加显著,被撞击的粉体数量会随之增多;相对速度切向分量增大则会导致碰撞接触点的两侧的流场速度(垂直于磨球相对运动速度方向)增加,被撞击的粉体数量也会有所下降。对不同相对速度下的受撞击粉体数量-相对速度切向与法向分量比值散点图进行拟合,得到一条指数型曲线,该曲线将相对速度与受撞击粉体数量紧密联系起来,通过计算得到的一定时间内作用与每个粉体上的应力能量分布。(3)建立了微米级粉体微压缩仿真模型(微观仿真),研究了粉体变形过程中的应力、应变以及能量变化,并通过微观仿真所得到的粉体能量变化与宏观、介观仿真计算得到的粉体应力能量分布对比,得到一定时间内的粉体形貌分布。结果表明:在0.02s内作用于粉体的应力能量分布区间较为广泛,导致短时内的粉体的形貌差异较大,受撞击的所有粉体中仅发生塑性变形的粉体数量占45.63%,54.37%的粉体均发生不同程度的断裂或破碎。而在短时间内受撞击的粉体数量在粉体总数中占比过少,说明搅拌球磨在短时间内形成的粉体形貌分布广泛,经过长时间的机械冲击下能够得到粒度较为平均的复合粉体。(4)将立式搅拌球磨机体积按几何相似放大为原来的8倍,通过对比放大前后的仿真结果对球磨机工艺参数展开了优化设计分析研究。结果表明:在保持工艺参数不变的情况下,模型放大会增加磨球的碰撞力、碰撞频率以及冲击能量等参数,粉体在高冲击能量下的应变速度加快,变形机制改变。将放大模型搅拌轴调整到适当的转速后,获得了与放大前模型相同的相对速度法向与切向分量分布,进而得到相同的粉体变形机制,通过数据对比,放大后的单个磨球的平均受撞击频率提高为放大前的1.14倍,球磨效率有所提高。

关键词：高能球磨 Al-PTFE复合粉体多尺度建模变形机制离散元法-计算流体动力学稠密离散相模型

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基于DDPM的发动机复式油气分离器优化设计

基于DDPM的发动机复式油气分离器优化设计

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作者：戴天舒华中科技大学

学位级别：硕士

油气分离器的作用是将发动机燃烧室泄漏到曲轴箱的废气排出大气时,将废气中的机油分离出来,并使机油回流至曲轴箱油底壳,同时保证曲轴箱内的压力与大气压平衡,防止机油油雾排入大气,浪费机油、污染环境。随着排放法规的日渐严格,单级式... 详细信息

油气分离器的作用是将发动机燃烧室泄漏到曲轴箱的废气排出大气时,将废气中的机油分离出来,并使机油回流至曲轴箱油底壳,同时保证曲轴箱内的压力与大气压平衡,防止机油油雾排入大气,浪费机油、污染环境。随着排放法规的日渐严格,单级式油气分离器已无法满足要求,而性能优良的复式油气分离器对改善发动机排放具有重要意义。本文通过仿真模拟与实验相结合的方法优化设计了一款由旋风式分离器串联过滤式分离器的复式油气分离器,其分离效率能够达到85%,压力损失约为1000Pa。首先,利用RNGk-ε模型研究了旋风分离器气相场速度,压力,湍动能,湍流耗散率等的分布;然后通过不同两相场计算模型与实验值的对比确定了利用稠密离散相模型（DDPM）对旋风式分离器气液两相场进行了数值分析;基于DDPM探究了各结构参数对旋风式分离器性能的影响,并通过正交试验优化了旋风式分离器结构参数;通过研究纤维直径、填充率、滤材厚度和过滤速度对过滤性能的影响,优化了过滤式分离器;最后依托吹风实验台架对复式油气分离器分离效率进行了初步测试,发现该油气分离器在窜气量为400L/min800L/min均能保证较高的分离效率。由本文优化设计的复式油气分离器性能明显提升,也通过初步实验得到验证。证明了稠密离散相模型在油气分离器仿真模拟中的可行性,也可以看出正交试验方法可用于指导旋风分离器不同结构参数的优化。本文设计的由旋风式串联过滤式的复式油气分离器还具备结构简单,易于清理维护,使用成本较低等特点。

关键词：发动机复式油气分离器稠密离散相模型优化设计

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流化床反应器氢气分离膜磨损特性的数值模拟

流化床反应器氢气分离膜磨损特性的数值模拟

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作者：刘思宇哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

为解决催化重整制氢技术中受热力学平衡的限制,实际制氢过程远远达不到理论最大氢气产量和由于积碳生成阻碍了反应器的传热传质性能的问题。研究人员利用流化床反应器内的渗透膜将氢气从反应体系中分离,以直接获得高纯度氢气和提高氢气... 详细信息

为解决催化重整制氢技术中受热力学平衡的限制,实际制氢过程远远达不到理论最大氢气产量和由于积碳生成阻碍了反应器的传热传质性能的问题。研究人员利用流化床反应器内的渗透膜将氢气从反应体系中分离,以直接获得高纯度氢气和提高氢气产量,从而提出了流化床膜反应器的概念。由于流化床中流速较高和催化剂颗粒的不断循环,流化床膜反应器内的钯膜壁面即便采取相应的应对措施也会产生问题,即催化剂颗粒在流化条件下会与钯膜表面剧烈碰撞和摩擦,使钯膜磨损无法正常地分离氢气。本文利用有限元分析法对颗粒撞击钯膜壁面进行仿真分析,构建氧化铝颗粒撞击钯膜壁面的数学模型,利用有限元软件模拟氧化铝颗粒撞击钯膜壁面的过程。分析软件的模拟结果,总结颗粒撞击钯膜壁面的磨损规律,并利用数据分析软件进行多元非线性回归分析,研究撞击速度、撞击角度与撞击磨损量之间的关系并建立颗粒撞击钯膜磨损的预测模型。然后利用离散元软件建立三维流化床膜反应器模型,流化床膜反应器内部加入催化剂颗粒进行模拟,得到其相应的流动特性,耦合颗粒冲击钯膜壁面磨损的预测模型计算其磨损量。结果表明,由于渗透性的影响,颗粒在壁面附近的浓度较高,中心附近的浓度较低,两者相差较大。在底部密相区的总磨损量最大,高于其他部位的磨损量。而随着高度的不断增加,磨损量呈现递减的趋势。同时对不同偏心距离下的流化床膜反应器的氢分离过程进行了研究,结果表明,偏心距的变化可以减弱浓差极化层的阻力,提高氢的分离程度,但偏心距过大的膜排列不利于浓差极化阻力的减小。最后通过对流化床膜反应器气体加热过程进行模拟,研究并分析加热过程中钯膜的透氢性对颗粒在流场中扩散特性和壁面磨损量的影响。结果表明,随着时间的增加,膜反应器的床层温度不断上升,导致钯膜对氢气的渗透性不断增强,进而导致氢气的分离程度呈现不均匀性,且这种不均匀性越来越显著。对比流化床膜反应器在加热条件下有无渗透性条件下各个高度的磨损量可以发现,无渗透性条件下的最大磨损量和累计磨损量较大。

关键词：流化床膜分离数值模拟壁面磨损稠密离散相模型

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