颗粒润湿性对涓流床流体力学行为影响的研究

发布时间：2020-10-22 11:32

　　涓流床反应器在石油化工过程中被广泛应用,而催化剂的表面润湿性直接影响着反应器性能。目前很多研究都局限于床层尺度,深入了解床层的局部流动尤其是颗粒尺度的流动有益于调控、检测和优化反应器性能。本文以模拟和实验结合的方式,首先从颗粒尺度研究了润湿性对颗粒表面流动特性的影响,进而探究了填料润湿性对涓流床中流体力学行为的影响。对于颗粒尺度,运用计算流体力学(CFD)中表面追踪法(VOF)对不同润湿性颗粒表面液体流动形态进行研究,计算出颗粒表面的润湿分率。使用表面接枝法对亲水性氧化铝进行改性,改性后颗粒的接触角分别为48,88,119和152°,通过实验对模拟结果进行验证,发现实验与模拟结果能很好地吻合。随着接触角增大,液体在颗粒表面由膜流向溪流转变。对于床层尺度,采用CFD-VOF模型对不同润湿性床层的润湿行为进行探究,同时通过实验验证了模拟结果。采用染色吸附法测量了床层的润湿分率,分析了床层中的滞后现象。发现润湿分率随着接触角的增大而减小,液体流动形态也发生变化。采用称重法与示踪法测定了床层持液量,并拟合得到了预测动持液量的关联式,分析了床层的轴向返混。结果表明未经改性的床层中,由于颗粒内扩散影响,示踪法测得持液量值偏大,停留时间分布曲线有明显的拖尾。且接触角越大,床层的返混程度越小。对比了不同润湿性床层压降,利用相对渗透率模型建立气相相对渗透率与气相饱和度的关系,同时预测了压降,发现随着接触角的增大,压降值减小,且床层滞后现象显著减小。
【学位单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ021.1
【部分图文】：

颗粒表面,液体

２．２．１颗粒表面流体流动形态??对于微观（催化剂颗粒）尺度，Ｗａｎｇ等［２８］认为流体经过颗粒表面的流动形态主要??有：膜流，溪流，挂液结构，丝流及液包，如图２．１所示。膜流和溪流在颗粒表面流动，??其他结构在颗粒间存在；溪流是由膜流分裂形成的，以线状形式流过颗粒表面；挂液结??构和液包是由于毛细作用力而形成的；液包可延伸到颗粒的孔道中，其形状是随机的，??取决于颗粒在床层中位置，丝流在颗粒间的孔道流动，其横向宽度可以延伸到多个孔腔??中，丝流亦可看做是多个连续的液包。挂液结构停留在两个颗粒的接触点位置，这也是??涓流床内静液存在的原因。Ｇｕｎｊａｌ等［４］对比了液滴在干燥颗粒和预润湿颗粒表面的流动??过程，结果表明，液滴在干燥颗粒表面停留的时间比在润湿颗粒表面停留的时间久。实??验还发现，在低液速下，液滴在颗粒表面受重力和表面张力的作用而在颗粒上下震荡。??此外，染色技术也被用于流体流动的表征中，如１＾“１＾＾等［２９］将颗粒表面染上亚甲基蓝??对流体轨迹进行追踪

颗粒润湿性对涓流床流体力学行为影响的研究