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耦合粗粒化离散颗粒法和多相物质点法的气固两相流模拟

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过程工程学报 2019年第4期19卷 651-660页

作者：陈飞国葛蔚中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室北京100190 中国科学院大学化工学院北京100049

在气固两相流动的模拟中严格处理颗粒运动和颗粒相互作用时,欧拉-拉格朗日(EL)方法比欧拉-欧拉(EE)方法更具优势。但传统的EL方法仅能处理少量颗粒。将颗粒群作为单个计算颗粒处理可扩大模拟规模,粗粒化离散颗粒法(CG-DPM)和多相物质点... 详细信息

在气固两相流动的模拟中严格处理颗粒运动和颗粒相互作用时,欧拉-拉格朗日(EL)方法比欧拉-欧拉(EE)方法更具优势。但传统的EL方法仅能处理少量颗粒。将颗粒群作为单个计算颗粒处理可扩大模拟规模,粗粒化离散颗粒法(CG-DPM)和多相物质点法(MP-PIC)是其中两种主要方法,分别更适用于稠密和稀疏的颗粒流体系统。将两种方法耦合建立了更通用、准确和有效的EL方法,比较了不同耦合参数下流型、固相分率分布等定量信息,确定了最佳耦合参数。

关键词：气固两相流欧拉-拉格朗日法粗粒化多相物质点法耦合模型

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反应传递多尺度耦合的拟颗粒模拟

化工学报 2021年第12期72卷 5928-5935页

作者：葛蔚李成祥陈飞国中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室北京100190 中国科学院大学化学工程学院北京100049 中国科学院绿色过程制造创新研究院北京100190 中国科学院洁净能源创新研究院辽宁大连116023

反应与传递过程的耦合是众多化工过程的重要特征之一。随着过程精准调控要求的不断提高和过程强化与微化工等领域的迅速发展,传统上宏观与微观分离的反应与传递描述方式遇到了诸多挑战。拟颗粒模拟耦合软球和硬球两类分子模拟方法的优势... 详细信息

反应与传递过程的耦合是众多化工过程的重要特征之一。随着过程精准调控要求的不断提高和过程强化与微化工等领域的迅速发展,传统上宏观与微观分离的反应与传递描述方式遇到了诸多挑战。拟颗粒模拟耦合软球和硬球两类分子模拟方法的优势,显著简化了分子间作用模型,极大提高了计算效率,为描述宏微观之间的介尺度上反应与传递紧密耦合的复杂现象提供了一种有效手段。本文简要回顾该方法提出的背景,阐述其基本思想,并展示和分析其在气固多相吸附和催化、气液微流动等问题中的应用前景。

关键词：反应传递耦合传递过程多尺度介尺度拟颗粒模拟

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颗粒体系的多尺度混合指数

化工学报 2024年第6期75卷 2214-2221页

作者：徐嘉宇陈飞国徐骥葛蔚中国科学院过程工程研究所介科学与工程全国重点实验室北京100190 中国科学院大学化学工程学院北京100049

对颗粒混合物均匀性的系统研究揭示了混合过程中显著的多尺度特征,特别是宏尺度上均匀的混合物在微尺度上可能表现为极度不均匀,反之亦然,同时采用不同的采样方法和混合指数表征同一混合物在同一尺度下的均匀性可能也会有所差异。尝试... 详细信息

对颗粒混合物均匀性的系统研究揭示了混合过程中显著的多尺度特征,特别是宏尺度上均匀的混合物在微尺度上可能表现为极度不均匀,反之亦然,同时采用不同的采样方法和混合指数表征同一混合物在同一尺度下的均匀性可能也会有所差异。尝试提出一种多尺度混合指数,即在不同尺度采用不同评价方法,并将混合指数表达为不同尺度上的分布,而不是在未定义尺度上的单一值。该多尺度表征方法可更精确与全面地反映混合物的均匀特性。

关键词：颗粒体系混合多尺度离散单元法莱西指数相对标准偏差宏尺度混合微尺度混合

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高马赫数低雷诺数条件下圆球绕流曳力系数

空气动力学学报 2021年第3期39卷 201-208,I0004页

作者：李瑞元陈飞国葛蔚张永民中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室北京100190 中国石油大学(北京)重质油国家重点实验室北京102249 中国科学院绿色过程制造创新研究院北京100190 中国科学院大学化学工程学院北京100049

圆球绕流曳力系数通常表示为雷诺数的函数。而随着马赫数增大,曳力系数与马赫数的相关性逐渐增强。本文应用硬球-拟颗粒模型方法模拟研究1≤Re≤20和0.1≤Ma≤3条件下的圆球绕流过程。分析了模拟区域设置和拟颗粒-圆球作用的热适应系数... 详细信息

圆球绕流曳力系数通常表示为雷诺数的函数。而随着马赫数增大,曳力系数与马赫数的相关性逐渐增强。本文应用硬球-拟颗粒模型方法模拟研究1≤Re≤20和0.1≤Ma≤3条件下的圆球绕流过程。分析了模拟区域设置和拟颗粒-圆球作用的热适应系数对曳力系数结果的影响,得到合适的区域设置条件和热适应系数,获得高马赫数低雷诺数条件下圆球绕流曳力系数,并依此初步建立1≤Re≤20和0.1≤Ma≤3范围内马赫数对曳力系数的修正模型。

关键词：圆球绕流曳力系数硬球-拟颗粒模型雷诺数马赫数

三室膜电解法由硫酸锂制备氢氧化锂的实验研究

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膜科学与技术 2006年第3期26卷 27-31页

作者：徐颖王晓琳陈飞国余立新清华大学化学工程系北京100084

设计了三室膜电解槽并建立了实验流程，进行了不同电流密度下的初步可行性摸索实验，并选择适宜的电流密度条件，进行了酸室、盐室、碱室初始浓度及循环流速等4个影响因素的条件优化实验．实验结果表明，电流密度在500～1800A／m^2的范... 详细信息

设计了三室膜电解槽并建立了实验流程，进行了不同电流密度下的初步可行性摸索实验，并选择适宜的电流密度条件，进行了酸室、盐室、碱室初始浓度及循环流速等4个影响因素的条件优化实验．实验结果表明，电流密度在500～1800A／m^2的范围内，三室膜电解法由硫酸锂制备氢氧化锂的过程在技术上是完全可行的；电流密度在500A／m^2时，电流效率达到最高值而能耗也达到最低值．通过正交实验判断4个条件参数对电流效率和能耗的影响，得到了最优的实验条件组合；进一步的实验验证表明，在酸室、盐室及碱室的初始浓度分别为2．7、1．0及1．0mol／L，循环流量为30L／h条件下，电流效率达到66．74％，能耗达到6．37（kW·h）／kg LiOH，优于正交实验中所有结果．

关键词：氢氧化锂硫酸锂电解

烯烃催化裂解反应器局部颗粒堆积结构的颗粒解析模拟

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过程工程学报 2021年第12期21卷 1419-1429页

作者：许飞陈飞国刘晓星吴昊鲁波娜刘志成滕加伟中国科学院过程工程研究所北京100190 中国科学院大学中丹学院北京100049 丹麦科技大学化学与生化工程系丹麦孔根斯灵比2800 中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院上海201208

烯烃催化裂解固定床工艺中的反应过程对压力敏感,深入研究催化剂堆积颗粒结构中的流动及压力分布对优化固定床结构及操作参数有重要意义。颗粒解析模拟方法广泛用于固定床内堆积结构的模拟,可以准确描述堆积结构中的流体力学行为,但对... 详细信息

烯烃催化裂解固定床工艺中的反应过程对压力敏感,深入研究催化剂堆积颗粒结构中的流动及压力分布对优化固定床结构及操作参数有重要意义。颗粒解析模拟方法广泛用于固定床内堆积结构的模拟,可以准确描述堆积结构中的流体力学行为,但对于复杂堆积结构网格生成困难。采用基于多孔介质模型的浸入边界法(PMM-IBM)结合网格自适应,实现了对固定床堆积结构的颗粒解析模拟,既解决了网格划分困难的问题,又节省了计算资源。采用网格自适应技术后,与均匀网格相比,堆积结构的网格总数减少大约80%。通过与贴体网格法的单颗粒表面受力分析对比,确定了此浸入边界法的关键模拟参数。随后模拟预测了三种床层与颗粒直径比值条件下堆积结构的空隙率及其内部的压力及流动分布。研究表明,堆积结构空隙中的局部轴向速度的最大值可以达到入口速度的10倍以上,轴向平均速度的径向分布与轴向平均空隙率分布一致,均成震荡衰减趋势。除此之外,预测的床层压降与Reichelt经验关联式结果较为吻合。在此基础上,耦合单颗粒内扩散和烯烃裂解的主反应,预测了反应物随孔径和孔隙率的变化,为进一步考虑外流场的变化奠定了方法基础。

关键词：固定床浸入边界法多孔介质模型网格自适应技术计算流体力学数值模拟

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低马赫数下圆球绕流的硬球-拟颗粒模拟

计算机与应用化学 2019年第5期36卷 439-444页

作者：马琳博赵明璨赵祺崔丽杰陈飞国葛蔚中国科学院大学化学科学学院北京市100049 中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室北京市100190 中国科学院大学化学工程学院北京市100049

硬球-拟颗粒模拟(HS-PPM)能够描述流动的微观细节,已应用于反应-扩散耦合和超声速流动等的研究。但对过程工业中广泛存在的低马赫数(Ma0.1时的曳力系数随马赫数的变化符合前人报道。上述结果展示了HS-PPM用于低马赫数流动研究的可行性。

关键词：分子动力学模拟硬球-拟颗粒模拟圆球绕流无滑移曳力系数

基于EMMS模型的大型催化裂化装置再生器气固分布数值模拟

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化工学报 2015年第8期66卷 2911-2919页

作者：刘雅宁鲁波娜卢利强陈飞国葛蔚吴雷王韶华李静海中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室北京100190 中国石化工程建设有限公司北京100101

大型催化裂化装置中再生器的规模庞大,其中的气固分布装置对整体性能有重要影响。与传统的冷模实验相比,对再生器整体和气固分布器局部的多尺度计算机模拟有利于更深入地了解其流动规律,高效便捷地考察不同结构设计与操作条件对气固分... 详细信息

大型催化裂化装置中再生器的规模庞大,其中的气固分布装置对整体性能有重要影响。与传统的冷模实验相比,对再生器整体和气固分布器局部的多尺度计算机模拟有利于更深入地了解其流动规律,高效便捷地考察不同结构设计与操作条件对气固分布的影响,辅助其优化设计。结合双流体模型和EMMS曳力模型,首先模拟了中石化现有3.5 Mt·a-1大规模清洁汽油生产装置的再生反应器,进而模拟并分析了基于同一工艺设计的7 Mt·a-1超大规模再生反应器内不同气体和固体分布器对流动与混合过程的影响。模拟结果表明:3环较2环分布器能有效改善气体分布的均匀性,但增加每个环上的气体入口数对其分布的改善有限;而对固体分布器,开孔率减小可增加其阻力,并在一定程度上改善混合性能。进一步讨论了研究分布环喷口处的气固流动与混合细节的必要性,初步展示了基于EMMS模型的离散颗粒模拟方法(EMMS-DPM)对其的有效性。

关键词： EMMS模型 EMMS-DPM 催化裂化再生器气体分布器固体分布器混合

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复杂流动与流体行为的拟颗粒模拟

中国科技论文在线 2007年第12期2卷 863-869页

作者：王利民葛蔚陈飞国侯超峰卢健新张家元中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室

复杂流动和流体行为中的多尺度结构对化学工程的理论和应用研究都是巨大的挑战。多尺度的粒子模拟是处理复杂界面、物性以及连续介质模型难以适用的纳微和极端条件下流动的有力手段之一。本文将重点介绍本实验室近年来以拟颗粒模拟为基... 详细信息

复杂流动和流体行为中的多尺度结构对化学工程的理论和应用研究都是巨大的挑战。多尺度的粒子模拟是处理复杂界面、物性以及连续介质模型难以适用的纳微和极端条件下流动的有力手段之一。本文将重点介绍本实验室近年来以拟颗粒模拟为基础的微观粒子模拟研究及其在流态化和纳微流动中的应用,并在此基础上探索离散模拟通用化的可行性。

关键词：化学工程多尺度结构拟颗粒模拟多相系统纳微流动