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O_2/CO_2气氛下多种碳基随机孔模型的建立

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化工学报 2016年第10期67卷 4468-4476页

作者：曲践李保卫郑坤灿武文斐内蒙古自治区白云鄂博矿多金属资源综合利用国家重点实验室内蒙古包头014010 内蒙古科技大学能源与环境学院内蒙古包头014010

传统随机孔模型基于简单一步反应建立,不适用于处理O_2/CO_2气氛下焦炭颗粒复杂气固反应。针对此问题,基于焦炭本身具有多种碳基的特点,以及焦炭颗粒在O_2/CO_2气氛下燃烧的特性,建立复杂气固反应下的多种碳基随机孔模型和孔隙结构模型... 详细信息

传统随机孔模型基于简单一步反应建立,不适用于处理O_2/CO_2气氛下焦炭颗粒复杂气固反应。针对此问题,基于焦炭本身具有多种碳基的特点,以及焦炭颗粒在O_2/CO_2气氛下燃烧的特性,建立复杂气固反应下的多种碳基随机孔模型和孔隙结构模型。模拟直径为100μm的焦炭颗粒在O_2/CO_2气氛下燃烧的过程,使用FORTRAN语言自主编程计算并分析结果。研究表明,燃烧初期颗粒呈现竞争效应,孔隙内部气体浓度产生剧烈波动。波动的生成原因是化学反应与物理扩散之间的竞争,可以通过增加环境氧浓度和减小焦炭颗粒粒径来改善。所提出的多种碳基随机孔模型对于表征O_2/CO_2气氛下焦炭颗粒的燃烧特性有着良好的适应性。

关键词： O2/CO2气氛多孔介质随机孔模型单颗粒焦炭燃烧传质介尺度数值模拟

湍流减阻型聚/表复配体系分子自组装结构及机理的介观分子动力学模拟

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高校化学工程学报 2022年第5期36卷 665-674页

作者：吕耀东徐娜刘子璐太原理工大学化学工程与技术学院山西太原030024 山西焦煤运城盐化集团有限责任公司山西运城044000

采用粗粒化分子动力学模拟方法研究了聚合物/表面活性剂复配减阻添加剂的减阻微观结构及机理,并从分子动力学角度对聚集体的形成过程及其剪切稳定性和在剪切作用下的解体过程进行分析。结果表明:聚合物与表面活性剂(下文简称聚/表)分子... 详细信息

采用粗粒化分子动力学模拟方法研究了聚合物/表面活性剂复配减阻添加剂的减阻微观结构及机理,并从分子动力学角度对聚集体的形成过程及其剪切稳定性和在剪切作用下的解体过程进行分析。结果表明:聚合物与表面活性剂(下文简称聚/表)分子间自组装聚集体随浓度升高呈现类“珍珠项链”—“桶珠项链”—“钢筋混凝土”结构的变化规律;复配体系内聚/表分子间的自组装是造成复配溶液减阻性能优于聚合物或表面活性剂单一体系的根本原因。因此,对于湍流减阻型聚/表复配体系的选取,应更侧重于选择聚/表分子间相互连接和组装能力强的体系。

关键词：过程节能聚合物/表面活性剂复配体系介尺度分子自组装机理

催化裂化提升管进料段喷嘴射流运动-扩散特性的分析

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化工学报 2020年第4期71卷 1450-1459页

作者：许峻范怡平钱筱婕闫子涵卢春喜中国石油大学(北京)重质油国家重点实验室北京102249 中国石油大学(北京)机械与储运工程学院北京102249

针对催化裂化提升管反应器进料混合区域内的复杂流场,提出将连续喷嘴进料射流“分块”,利用动量守恒定律,从介观角度分析喷嘴射流与催化剂颗粒之间的混合接触机理;解释了“二次流”从射流主流分离出来的原因。利用空气动力学中的Kutta-J... 详细信息

针对催化裂化提升管反应器进料混合区域内的复杂流场,提出将连续喷嘴进料射流“分块”,利用动量守恒定律,从介观角度分析喷嘴射流与催化剂颗粒之间的混合接触机理;解释了“二次流”从射流主流分离出来的原因。利用空气动力学中的Kutta-Joukowski升力理论,阐明了在提升管内喷嘴射流二次流动后期的发展和扩大过程,实现了对进料射流二次流动全周期演变过程的理论描述。结合附壁射流理论与Kutta-Joukowski升力理论,建立了用于描述提升管内射流二次流动中心流线的模型方程。与实验结果对比,模型曲线与实验中二次流发展趋势有着较高的吻合度,表明该模型能够用于预测提升管内二次流的流动特性。

关键词：催化裂化提升管反应器进料段多相流介尺度流体动力学

台阶式并行微通道内液液两相流流型及其转变机理

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化工学报 2022年第1期73卷 184-193页

作者：湛伟刘西洋朱春英马友光付涛涛天津大学化工学院化学工程联合国家重点实验室天津300072

利用高速摄像仪研究了台阶式并行微通道内液液两相流流型及其转变机理。以甘油水为分散相、含3%Span 85的环己烷为连续相,观测到了滴状-滴状流、过渡-滴状流、喷射-过渡流和喷射-喷射流4种流型;以两相流量为坐标轴绘制了流型图,并获得... 详细信息

利用高速摄像仪研究了台阶式并行微通道内液液两相流流型及其转变机理。以甘油水为分散相、含3%Span 85的环己烷为连续相,观测到了滴状-滴状流、过渡-滴状流、喷射-过渡流和喷射-喷射流4种流型;以两相流量为坐标轴绘制了流型图,并获得了流型转变线;分析了流型的转变机理。考察了分散相黏度对流型及其转变的影响机制。随着分散相黏度的增大,流型转变线整体向下移动,滴状-滴状流区域变小,喷射-喷射流区域变大。最后,运用介尺度概念分析了并行微通道内液液两相流非均匀结构的动态效应。

关键词：并行微通道两相流流型微流体学介尺度

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重质油稳定性的耗散粒子动力学模拟

化工学报 2022年第10期73卷 4613-4624页

作者：关冬张霖宙赵锁奇徐春明中国石油大学(北京)重质油国家重点实验室北京102249

重质油的稳定性关乎其开采、储运及加工过程安全。准确的重质油稳定性判定方法对重质油生产及加工过程具有重要指导意义,然而重质油稳定性的经验判定法存在一定的局限性。从理论层面建立重质油稳定性的判定方法将提高重质油稳定性的预... 详细信息

重质油的稳定性关乎其开采、储运及加工过程安全。准确的重质油稳定性判定方法对重质油生产及加工过程具有重要指导意义,然而重质油稳定性的经验判定法存在一定的局限性。从理论层面建立重质油稳定性的判定方法将提高重质油稳定性的预测准确度,本文基于耗散粒子动力学方法(DPD)模拟了不同重质油体系分子的微观聚集态。模拟结果表明,重质油体系的沥青质聚集率与胶体不稳定指数(C.I.I.)及稳定性判定图的判定结果吻合,验证了模拟体系的准确性。在此基础上,基于DPD模拟结果对C.I.I.及稳定性判定图的局限性进行了讨论,提出了改进的稳定性判定图用于重油稳定的快速判定。提出的重质油稳定性判定方法有望用于实际工业过程。

关键词：重质油稳定性石油分子模拟介尺度耗散粒子动力学

基于格子Boltzmann方法的荷电液滴蒸发及传热研究

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化工学报 2023年第12期74卷 4829-4839页

作者：陈宁光甘云华华南理工大学电力学院广东广州510640

固着液滴蒸发在各种应用中起着重要作用,然而数值模拟研究电场对蒸发液滴内部流动及传热影响还有待探索。结合相变和漏电介质模型提出了一个多松弛格子Boltzmann模型,并与实验结果进行了对比验证。运用该模型研究了电场对液滴蒸发过程... 详细信息

固着液滴蒸发在各种应用中起着重要作用,然而数值模拟研究电场对蒸发液滴内部流动及传热影响还有待探索。结合相变和漏电介质模型提出了一个多松弛格子Boltzmann模型,并与实验结果进行了对比验证。运用该模型研究了电场对液滴蒸发过程的形态变化、电场力分布、流动和传热的影响。结果表明,液滴沿电场方向被拉伸,其高度随电毛细数(Ca_(E))的增加而增加,电场扩大了液滴的内部流动范围,使其流动更加均匀。当Ca_(E)=0.4时,Peclet数是无电场时的3.3倍,但相对于热传导,液滴的内部流动对温度分布没有显著影响。由于电场拉伸液滴,导致传热热阻增加,因此蒸发所需的时间增加。电场的作用是改变液滴几何形态,而接触线密度的增加才是影响平均热通量的主要原因。

关键词：荷电液滴蒸发传热介尺度蒸发速率格子Boltzmann方法

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煤矿火区发展蔓延尺度上联方法研究:从单煤颗粒尺度到采空区尺度

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煤炭学报 2021年第S02期46卷 777-784页

作者：梁运涛胡沛裕王树刚蒋爽宋双林田富超中煤科工集团沈阳研究院有限公司煤矿安全技术国家重点实验室辽宁抚顺113122 大连理工大学建设工程学部辽宁大连116024 大连民族大学土木工程学院辽宁大连116600

煤矿高温火区发展蔓延过程具有明显的介尺度特性。基于第一性原理,讨论煤矿高温火区发展过程中,介尺度对微观传热机理与宏观能量迁移现象的关联作用,有助于推动煤自燃及热动力灾害领域的深入研究。首先,采用离散元方法(DEM)模拟煤颗粒... 详细信息

煤矿高温火区发展蔓延过程具有明显的介尺度特性。基于第一性原理,讨论煤矿高温火区发展过程中,介尺度对微观传热机理与宏观能量迁移现象的关联作用,有助于推动煤自燃及热动力灾害领域的深入研究。首先,采用离散元方法(DEM)模拟煤颗粒下落、堆积及压实过程,建立数字堆积结构;基于单煤颗粒尺度与采空区尺度之间的介尺度Ⅱ,建立煤颗粒堆积体内流动及换热过程的计算模型,经过实验验证该模型温度场预测平均误差小于1.77%,具有较高精度。其次,以所建立的颗粒堆积结构及相关数值计算为基础,发展了适用于煤矿隐蔽火源发展蔓延规律研究的有效导热系数尺度上联方法。此方法以温度场数值计算结果为基础,以最小二乘优化算法为核心,有效导热系数计算结果可以准确预测真实温度分布,有效地实现了单煤颗粒尺度到采空区尺度的信息传递。再次,计算了有效导热系数在颗粒雷诺数(Re_(p))介于3~6000区间内的变化规律,结果表明有效导热系数在该范围内与Re_(p)成线性关系。最后,提出了采空区内有效导热系数尺度上联经验公式。在其适用范围内(3

关键词：尺度上联介尺度颗粒堆积体有效导热系数

提升管进料区内气体射流流动行为的调控及工业应用

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化工学报 2022年第6期73卷 2496-2513页

作者：刘梦溪范怡平闫子涵姚秀颖卢春喜中国石油大学(北京)重质油国家重点实验室北京102249 物质绿色创造与制造海河实验室天津300192

射流促使提升管反应器中产生了重要的介尺度流动结构,对产品的收率、选择性以及提升管内壁的结焦都有重要的影响。对近年来提升管进料区内射流流动行为及调控的研究进行了回顾。二次流是造成传统进料区原料-催化剂浓度不匹配的主要原因... 详细信息

射流促使提升管反应器中产生了重要的介尺度流动结构,对产品的收率、选择性以及提升管内壁的结焦都有重要的影响。对近年来提升管进料区内射流流动行为及调控的研究进行了回顾。二次流是造成传统进料区原料-催化剂浓度不匹配的主要原因。基于Kutta-Joukowski升力定律,从理论上介绍了二次流形成的机理以及主流、二次流轨迹的预测模型,给出了油剂逆流接触这一强化手段。针对常规催化裂化、吡啶碱合成等工艺,分别介绍了油剂逆流接触、双层喷嘴等不同的进料区流场强化方法、实验室研究结果和工业应用结果。结果显示,采用进料区强化方法后可以提高目标产品的收率并显著缓解反应器内部的结焦现象。

关键词：提升管多相流介尺度射流过程强化

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散斑能见度光谱法测量筒仓内颗粒流的颗粒温度

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化工学报 2022年第6期73卷 2603-2611页

作者：陈泉郑泽希李然孙其诚杨晖上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093 上海理工大学机械工程学院上海200093 上海理工大学医疗器械与食品学院上海200093 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084

筒仓内颗粒流在化工生产中广泛应用,准确描述颗粒流的动力学规律对于调控化工反应过程中的混合和传输效率极为重要。颗粒温度是影响颗粒流的重要参数之一,为此搭建了基于线阵CCD相机的散斑能见度光谱测量装置,选取均值粒径分别为0.94和1... 详细信息

筒仓内颗粒流在化工生产中广泛应用,准确描述颗粒流的动力学规律对于调控化工反应过程中的混合和传输效率极为重要。颗粒温度是影响颗粒流的重要参数之一,为此搭建了基于线阵CCD相机的散斑能见度光谱测量装置,选取均值粒径分别为0.94和1.55 mm的球形颗粒进行实验。通过测量卸料过程中筒仓内颗粒流的时变颗粒温度,发现了离散颗粒运动在介尺度条件下具有稳定性。进一步,对比两种粒径颗粒的颗粒温度值,观察到稳态流动中大粒径颗粒具有更高的能量耗散,从而建立了宏观质量流率与介观颗粒温度之间的联系。通过分析筒仓内颗粒温度场的分布特征,发现了孔口附近的离散颗粒存在定向有序的运动。最后,根据筒仓内颗粒流堵塞过程中的颗粒温度变化曲线,揭示了颗粒流堵塞的弛豫变化规律。实验结果揭示的筒仓内颗粒流的运动规律,为完善化工生产中颗粒材料的存储与运输提供了参考数据。

关键词：颗粒流动力学介尺度颗粒温度堵塞