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高校化学工程学报 2015年第2期29卷 270-276页

作者：赵远方李兆奇管小平王丽军成有为李希浙江大学化学工程与生物工程学院浙江杭州310027

在Φ500 mm×4000 mm的大型冷模实验装置内考察了列管束内构件对鼓泡塔流动发展的影响。以空气-水为工作体系,分别采用电导探针和Pavlov管测量了有、无列管的鼓泡塔内不同轴向高度的气含率和液体流速径向分布。实验表明,在安装密集列管... 详细信息

在Φ500 mm×4000 mm的大型冷模实验装置内考察了列管束内构件对鼓泡塔流动发展的影响。以空气-水为工作体系,分别采用电导探针和Pavlov管测量了有、无列管的鼓泡塔内不同轴向高度的气含率和液体流速径向分布。实验表明,在安装密集列管束的鼓泡塔内也存在一个充分发展段。与空塔不同的是,列管束的存在使分布器影响区显著延长,从空塔的约两倍塔径高度增至约四倍塔径高度,在冷模装置中占据塔体积的50%以上。在实验条件下,鼓泡塔高径比或液位高度对分布器影响区大小没有明显影响。

关键词：鼓泡塔列管束内构件分布器影响区充分发展段

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喷射型环流反应器中气含率和液速的分布

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高校化学工程学报 2017年第5期31卷 1088-1095页

作者：卢浩然高用祥成有为王丽军李希浙江大学化学工程与生物工程学院浙江杭州310027

喷射型环流反应器拥有良好的固体悬浮、液相混合与气液传质性能。在表观气速0.065-0.105 m?s-1的半间歇操作条件下,实验测量了喷射型环流反应器内的气含率以及液速的空间分布。在实验的基础上对反应器进行了三维瞬态的CFD模拟,并且用耦... 详细信息

喷射型环流反应器拥有良好的固体悬浮、液相混合与气液传质性能。在表观气速0.065-0.105 m?s-1的半间歇操作条件下,实验测量了喷射型环流反应器内的气含率以及液速的空间分布。在实验的基础上对反应器进行了三维瞬态的CFD模拟,并且用耦合群平衡模型(PBM)来模拟系统内气泡的聚并破碎行为。喷嘴的高速射流产生一定比例的大气泡驱动液体循环,使循环液速成倍增加。大气泡浮升过程中逐渐破碎成小气泡,导致提升管内的气含率随着轴向塔高增高而增大,降液管中也有类似的分布。实验和模拟都表明,喷射型环流反应器内由于喷嘴的使用导致了分布器影响区的明显延长,不存在流动充分发展的区域。

关键词：喷射型环流反应器分布器影响区气含率和液速分布计算流体力学(CFD) 群平衡模型(PBM)

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喷射型内环流反应器流体力学的实验和模拟研究

喷射型内环流反应器流体力学的实验和模拟研究

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作者：卢浩然浙江大学

学位级别：硕士

内环流反应器广泛的应用于重质油加氢、生物发酵、污水处理等化工过程。工业上普遍使用带均匀分布器的内环流反应器,反应器内部气泡尺寸均匀,气含率差异不大,循环速度有限。使用气液喷射器可产生不同尺寸的大小气泡,大气泡加强流体的湍... 详细信息

内环流反应器广泛的应用于重质油加氢、生物发酵、污水处理等化工过程。工业上普遍使用带均匀分布器的内环流反应器,反应器内部气泡尺寸均匀,气含率差异不大,循环速度有限。使用气液喷射器可产生不同尺寸的大小气泡,大气泡加强流体的湍动,有效地克服传统内环流反应器循环速度不足的缺陷,小气泡同时可以促进气液传质。将喷射型分布器和内环流反应器结合应该是一种是理想的气液两相反应器构型。目前针对均匀分布型内环流反应器的研究较多,而对喷射型内环流反应器的实验与模拟研究均较少。喷射型内环流反应器涉及高速射流、较宽的气泡尺寸分布、大尺度的全塔液相循环等过程,流动状况复杂,对该类反应器的流体力学状况还不甚清楚。本文对喷射型内环流反应器的流体力学行为进行了系统研究,在安装有喷嘴和锥形底的内置(?)100× 1400mm导流筒的(?)200×2500mm装置内开展冷模研究,测量了气含率和液速的空间分布,考察了反应器的多相流动规律,并建立相关的CFD模型。实验结果表明,喷射型内环流反应器中喷嘴的射流会在底部产生较大尺寸的气泡,气泡在提升管中随浮升而破碎,气含率沿高度而增加,分布器影响区贯穿全塔;降液管中,由于液相对不同尺寸的气泡携带能力不同,气含率沿轴向递增。喷嘴产生的大气泡促进了液相的循环流动,使循环速度成倍增大,有利于液相混合与固体悬浮。在实验的基础上修正了曳力系数模型,并通过对比模拟结果和实验数据,认为大涡模拟要优于可实现的k-ε模型。曳力修正因子的引入,使该模型能够较好的模拟平均气含率等宏观量的变化,但由于单气泡模型的缺陷,对于局部流动特征的描述不尽如人意,仅在降液管内得到了和实验吻合的气含率和液速分布,在提升管内的数值结果和实验差异较大,无法表现出喷射影响区贯穿全塔的特点。液相的进料会显著的促进气泡的破碎,使全塔的气含率明显增高。为了契合喷射型内环流反应器中气泡分布较宽的特征,使用CFD-PBM耦合模型来对体系进行模拟。该模型表现出了反应器中由射流产生的大气泡随浮升而破碎,气含率沿轴向高度增加,分布器影响区显著延长的特征;大气泡对液相循环流动的促进作用也得到了良好的展现。通过分析反应器内的速度矢量图以及气泡尺寸分布云图,发现在液相流动方向发生剧烈变化的区域,湍流耗散率较高,气泡破碎更加显著。实验和模拟研究表明,喷射型内环流反应器是一种能够有效强化液相混合、气液传质、固体悬浮的理想反应器构型。

关键词：喷射型内环流反应器气液鼓泡流分布器影响区大涡模拟 CFD-PBM耦合模型

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列管内构件对鼓泡塔流动发展的影响研究

列管内构件对鼓泡塔流动发展的影响研究

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作者：赵远方浙江大学

学位级别：硕士

鼓泡塔反应器因其具有良好的传热传质性能、操作简单、建造及操作成本低等优点,被广泛应用于石油化工、煤化工、环保和冶金等领域。鼓泡塔内流动区域的划分及其发展条件属于反应器开发中最基本的问题,对于无列管的空塔流动情况,国内外... 详细信息

鼓泡塔反应器因其具有良好的传热传质性能、操作简单、建造及操作成本低等优点,被广泛应用于石油化工、煤化工、环保和冶金等领域。鼓泡塔内流动区域的划分及其发展条件属于反应器开发中最基本的问题,对于无列管的空塔流动情况,国内外已经开展了大量研究,将塔内从下到上依次划分为分布器影响区、充分发展区、气液分离区,给出了各区大小与存在判据。但对于塔内安装密集列管内构件的情况,目前还没有流动区域划分及流动发展的研究报道。本文率先在Φ500×4000mm的大型冷模实验装置内考察了列管束内构件对鼓泡塔区域划分与流动发展的影响,测定了塔内流动参数分布,采用计算流体力学(CFD)方法进行了流场模拟,从实验与理论两个方面阐明了列管内构件的存在对塔内流动发展的影响,为气液鼓泡塔流体力学提供了新的内容。本文首先以空气-水为工作体系,分别采用电导探针和Pavlov管测量了有、无列管的鼓泡塔内不同轴向高度的气含率和液体流速径向分布。实验表明,在安装密集列管的鼓泡塔内也存在着充分发展段。与空塔不同的是,列管束的存在使分布器影响区显著延长,从空塔的约两倍塔径高度增至约四倍塔径高度,在本文冷模装置中占据塔体积的50%以上,充分发展段不再占据鼓泡塔的主要部分。而当液位高度足够高时,列管塔内流动仍可以充分发展,在充分发展段内气含率和液体速度径向分布较空塔变得更为陡峭。在本文实验条件下,高径比或液位高度对流动发展没有明显的影响,分布器影响区大小不变。随后,在实验基础上对列管塔进行了流体力学建模与CFD模拟,将列管内构件的作用分别考虑为动量体积源项、动能体积源项与耗散体积源项,加入到相关的动量方程和k-ε方程中。模拟计算的气含率和液体速度与实验结果符合良好,能够解释列管束对鼓泡塔流动发展产生的影响。

关键词：鼓泡塔分布器影响区充分发展段列管束内构件 CFD

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