流化床反应器氢气分离膜磨损特性的数值模拟
发布时间：2021-04-21 19:06
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。...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
1.2 流化床膜反应器的研究现状
1.2.1 反应器膜分离行为的研究现状
1.2.2 致密化区域和浓度极化现象
1.3 反应器磨损的研究现状
1.3.1 实验法
1.3.2 理论分析法
1.3.3 数值模拟方法
1.4 主要研究内容
1.5 本章小结
第2章 流化床膜反应器两相流模型
2.1 引言
2.2 数学模型
2.2.1 气相
2.2.2 颗粒相
2.3 氢气膜分离模型
2.4 壁面碰撞有限元分析的基本理论
2.4.1 有限元法
2.4.2 接触搜寻算法
2.4.3 脆性开裂模型
2.5 本章小结
第3章 单颗粒撞击钯膜磨损特性的数值模拟
3.1 引言
3.2 计算模型
3.2.1 单颗粒碰撞的有限元模型
3.2.2 模型的选材及其基本参数
3.2.3 模型简化的条件
3.3 单颗催化剂颗粒与钯膜壁面碰撞的模拟分析
3.3.1 模型验证
3.3.2 颗粒入射速度对壁面磨损的影响
3.3.3 颗粒入射角度对壁面磨损的影响
3.4 钯膜磨损预测模型的建立
3.5 本章小结
第4章 流化床膜反应器磨损特性的数值模拟
4.1 引言
4.2 计算模型和初始设置
4.2.1 计算参数与边界条件
4.2.2 网格无关性验证
4.2.3 模拟结果与实验对比
4.3 结果与讨论
4.3.1 渗透性的影响
4.3.2 磨损特性的分析
4.3.3 钯膜位置对流场的影响
4.3.4 钯膜位置对浓度极化的影响
4.3.5 钯膜位置对磨损的影响
4.4 本章小结
第5章 加热条件下流化床膜分离的数值模拟
5.1 引言
5.2 计算模型和初始设置
5.3 结果与讨论
5.3.1 加热过程的分析
5.3.2 渗透性的影响
5.3.3 流场速度的分析
5.3.4 磨损特性的分析
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]受约束三维空间下油气集输系统布局优化[J]. 刘扬,陈双庆,官兵. 科学通报. 2020(09)
[2]发展氢能产业,推进能源生产和消费革命[J]. 肖钢,陈远明. 国际人才交流. 2019(02)
[3]我国氢能源产业发展前景浅析[J]. 刘思明. 化学工业. 2018(05)
[4]固体颗粒冲蚀磨损模型的建立及有限元分析[J]. 李增亮,杜明超,董祥伟,范春永. 计算机仿真. 2018(06)
[5]大颗粒与壁面碰撞的离散单元法模拟与分析[J]. 张鹤,刘马林,黄志勇,薄涵亮. 原子能科学技术. 2017(12)
[6]世界氢能炙手可热 中国氢能蓄势待发[J]. 毛宗强. 太阳能. 2016(07)
[7]钯膜反应器制氢研究进展[J]. 王宗宝,孔繁华,鲁玉莹,李庆勋,肖海成. 工业催化. 2016(04)
[8]液固两相流中固体颗粒对弯管冲蚀破坏的位置预测[J]. 王凯,李秀峰,王跃社,陈彦霖,韩双,何仁洋. 工程热物理学报. 2014(04)
[9]不同曳力模型及颗粒碰撞恢复系数对短接触旋流反应器内气固流场的影响[J]. 王振波,张玉春,徐春明. 化工学报. 2014(06)
[10]石灰石颗粒碰撞磨损特性实验研究[J]. 钱超然,张力,杨仲卿. 材料导报. 2013(16)
硕士论文
[1]哈飞某微型轿车40%偏置碰撞性能研究[D]. 王新华.吉林大学 2011
本文编号：3152317
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
1.2 流化床膜反应器的研究现状
1.2.1 反应器膜分离行为的研究现状
1.2.2 致密化区域和浓度极化现象
1.3 反应器磨损的研究现状
1.3.1 实验法
1.3.2 理论分析法
1.3.3 数值模拟方法
1.4 主要研究内容
1.5 本章小结
第2章 流化床膜反应器两相流模型
2.1 引言
2.2 数学模型
2.2.1 气相
2.2.2 颗粒相
2.3 氢气膜分离模型
2.4 壁面碰撞有限元分析的基本理论
2.4.1 有限元法
2.4.2 接触搜寻算法
2.4.3 脆性开裂模型
2.5 本章小结
第3章 单颗粒撞击钯膜磨损特性的数值模拟
3.1 引言
3.2 计算模型
3.2.1 单颗粒碰撞的有限元模型
3.2.2 模型的选材及其基本参数
3.2.3 模型简化的条件
3.3 单颗催化剂颗粒与钯膜壁面碰撞的模拟分析
3.3.1 模型验证
3.3.2 颗粒入射速度对壁面磨损的影响
3.3.3 颗粒入射角度对壁面磨损的影响
3.4 钯膜磨损预测模型的建立
3.5 本章小结
第4章 流化床膜反应器磨损特性的数值模拟
4.1 引言
4.2 计算模型和初始设置
4.2.1 计算参数与边界条件
4.2.2 网格无关性验证
4.2.3 模拟结果与实验对比
4.3 结果与讨论
4.3.1 渗透性的影响
4.3.2 磨损特性的分析
4.3.3 钯膜位置对流场的影响
4.3.4 钯膜位置对浓度极化的影响
4.3.5 钯膜位置对磨损的影响
4.4 本章小结
第5章 加热条件下流化床膜分离的数值模拟
5.1 引言
5.2 计算模型和初始设置
5.3 结果与讨论
5.3.1 加热过程的分析
5.3.2 渗透性的影响
5.3.3 流场速度的分析
5.3.4 磨损特性的分析
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]受约束三维空间下油气集输系统布局优化[J]. 刘扬,陈双庆,官兵. 科学通报. 2020(09)
[2]发展氢能产业,推进能源生产和消费革命[J]. 肖钢,陈远明. 国际人才交流. 2019(02)
[3]我国氢能源产业发展前景浅析[J]. 刘思明. 化学工业. 2018(05)
[4]固体颗粒冲蚀磨损模型的建立及有限元分析[J]. 李增亮,杜明超,董祥伟,范春永. 计算机仿真. 2018(06)
[5]大颗粒与壁面碰撞的离散单元法模拟与分析[J]. 张鹤,刘马林,黄志勇,薄涵亮. 原子能科学技术. 2017(12)
[6]世界氢能炙手可热 中国氢能蓄势待发[J]. 毛宗强. 太阳能. 2016(07)
[7]钯膜反应器制氢研究进展[J]. 王宗宝,孔繁华,鲁玉莹,李庆勋,肖海成. 工业催化. 2016(04)
[8]液固两相流中固体颗粒对弯管冲蚀破坏的位置预测[J]. 王凯,李秀峰,王跃社,陈彦霖,韩双,何仁洋. 工程热物理学报. 2014(04)
[9]不同曳力模型及颗粒碰撞恢复系数对短接触旋流反应器内气固流场的影响[J]. 王振波,张玉春,徐春明. 化工学报. 2014(06)
[10]石灰石颗粒碰撞磨损特性实验研究[J]. 钱超然,张力,杨仲卿. 材料导报. 2013(16)
硕士论文
[1]哈飞某微型轿车40%偏置碰撞性能研究[D]. 王新华.吉林大学 2011
本文编号：3152317
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3152317.html
