内循环流化床反应器流动传质特性的计算流体力学模拟研究
发布时间：2024-01-27 12:55
内循环流化床反应器(ILFBR)是一种具有结构简单、混合传质性能好、操作维护方便和单位体积能耗低等一系列优点的新型多相流反应器，在石油化工、生物发酵和废水处理等诸多工程领域取得了广泛的应用。满足特定应用的功能反应器的设计开发、新型内构件设计和旨在提高反应器效率的优化设计都是以充分了解反应器内部流动和传质特性为前提的。但是，由于多相流动过程的固有复杂性，导致ILFBR内部气液两相、气液固三相甚至更多相参与的流动和传质过程非常复杂。传统的流动和传质特性研究是通过实验方法进行的，但实验方法往往受到技术、精度、实验次数等多方面的限制，通常只能获得一些经验性关系，不能对反应器设计形成有效的理论指导。计算流体力学(CFD)方法克服了以上缺陷，它通过计算机模拟可以获取反应器的局部流动和传质特性，预测实际反应器的表现。本研究采用了先进的CFD数值模拟方法对传统ILFBR，漏斗型导流内构件强化的ILFBR和底隙置入十字形内构件改进型ILFBR三种反应器进行了模拟研究，并将数值模拟结果与实验测定的结果进行了对比，校验了CFD模型的可靠性。被证明可靠的CFD模型被用来分析了更多更微观的反应器的流动和传质特性...
【文章页数】：115 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
Abstract
目录
主要符号表
第一章 绪论
1.1 内循环流化床概述
1.1.1 内循环流化床的应用与特点
1.1.2 内循环流化床的结构与原理
1.2 内循环流化床的实验研究
1.2.1 流型及流型转变特性
1.2.2 流动和传质的实验研究
1.2.2.1 液相循环速度的研究
1.2.2.2 气含率的研究
1.2.2.3 气液传质特性的研究
1.3 内循环流化床的数值模拟研究
1.3.1 计算流体力学概述
1.3.2 内循环流化床流体力学的机理模型研究
1.3.3 内循环流化床流体力学的 CFD 模拟研究
1.3.4 内循环流化床传质过程的 CFD 模拟研究
1.3.5 内循环流化床 CFD 数值模拟的发展趋势
1.4 本文研究的目的和主要内容
1.4.1 本文研究的目的
1.4.2 本文研究的主要内容
第二章 实验装置及测定方法
2.1 实验装置
2.1.1 基本实验反应器
2.1.2 漏斗型内构件强化的内循环流化床反应器
2.1.3 底十字型内构件强化的内循环流化床反应器
2.1.4 流体力学实验测量系统
2.1.5 主要仪器设备参数
2.2 内循环流化床反应器流体力学参数的测量
2.2.1 总体平均气含率的测定
2.2.2 上升区气含率的测定
2.2.3 下降区液体速度的测定
2.2.4 液相体积传质系数的测定
第三章 传统内循环流化床流动及传质过程模拟
3.1 引言
3.2 模型建立与研究方法
3.2.1 物理模型和操作条件
3.2.2 计算网格划分
3.2.3 CFD 模型
3.2.3.1 多相流模型选择
3.2.3.2 流动控制方程
3.2.3.3 相间动量转移模型
3.2.3.4 湍流模型
3.2.4 初始条件和边界条件
3.2.5 数值求解方法
3.3 结果与讨论
3.3.1 计算收敛性分析
3.3.2 网格无关性分析
3.3.3 不同 CFD 模型的敏感性分析
3.3.3.1 曳力模型对 CFD 模拟的影响
3.3.3.2 升力模型对 CFD 模拟的影响
3.3.3.3 湍流模型对 CFD 模拟的影响
3.3.3.4 气泡直径选择对 CFD 模拟的影响
3.3.4 传统内循环流化床流场综合分析
3.3.4.1 反应器气含率综合分析
3.3.4.2 反应器轴向气含率分布
3.4 本章小结
第四章 漏斗型内构件强化的内循环流化床流动与传质过程模拟研究
4.1 引言
4.2 模型建立与研究方法
4.2.1 物理模型和操作条件
4.2.2 CFD 模型
4.2.2.1 流动过程模拟方法
4.2.2.2 体积传质系数模拟方法
4.2.2.3 模型数值求解方法
4.3 结果与讨论
4.3.1 网格无关性
4.3.2 不同表观气速下的流体力学特性
4.3.3 不同内构件条件下流体力学特性比较
4.3.4 局部流体力学特性分析
4.3.4.1 湍动能分布
4.3.4.2 气含率径向分布
4.3.5 氧传质性能分析
4.4 本章小结
第五章 底隙设置十字形内构件改进型内循环流化床的水力特性模拟分析
5.1 引言
5.2 模型建立与研究方法
5.2.1 物理模型和操作条件
5.2.2 CFD 模型
5.2.3 数值求解方法
5.3 结果与讨论
5.3.1 网格无关性
5.3.2 三维 CFD 模型可靠性验证
5.3.3 底隙置入十字形内构件对反应器流动的影响
5.3.4 底隙置入十字形内构件对反应器湍动能的影响
5.4 本章小结
结论与展望
结论
本论文创新点
展望
参考文献
附录
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
附件
本文编号：3887005
【文章页数】：115 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
Abstract
目录
主要符号表
第一章 绪论
1.1 内循环流化床概述
1.1.1 内循环流化床的应用与特点
1.1.2 内循环流化床的结构与原理
1.2 内循环流化床的实验研究
1.2.1 流型及流型转变特性
1.2.2 流动和传质的实验研究
1.2.2.1 液相循环速度的研究
1.2.2.2 气含率的研究
1.2.2.3 气液传质特性的研究
1.3 内循环流化床的数值模拟研究
1.3.1 计算流体力学概述
1.3.2 内循环流化床流体力学的机理模型研究
1.3.3 内循环流化床流体力学的 CFD 模拟研究
1.3.4 内循环流化床传质过程的 CFD 模拟研究
1.3.5 内循环流化床 CFD 数值模拟的发展趋势
1.4 本文研究的目的和主要内容
1.4.1 本文研究的目的
1.4.2 本文研究的主要内容
第二章 实验装置及测定方法
2.1 实验装置
2.1.1 基本实验反应器
2.1.2 漏斗型内构件强化的内循环流化床反应器
2.1.3 底十字型内构件强化的内循环流化床反应器
2.1.4 流体力学实验测量系统
2.1.5 主要仪器设备参数
2.2 内循环流化床反应器流体力学参数的测量
2.2.1 总体平均气含率的测定
2.2.2 上升区气含率的测定
2.2.3 下降区液体速度的测定
2.2.4 液相体积传质系数的测定
第三章 传统内循环流化床流动及传质过程模拟
3.1 引言
3.2 模型建立与研究方法
3.2.1 物理模型和操作条件
3.2.2 计算网格划分
3.2.3 CFD 模型
3.2.3.1 多相流模型选择
3.2.3.2 流动控制方程
3.2.3.3 相间动量转移模型
3.2.3.4 湍流模型
3.2.4 初始条件和边界条件
3.2.5 数值求解方法
3.3 结果与讨论
3.3.1 计算收敛性分析
3.3.2 网格无关性分析
3.3.3 不同 CFD 模型的敏感性分析
3.3.3.1 曳力模型对 CFD 模拟的影响
3.3.3.2 升力模型对 CFD 模拟的影响
3.3.3.3 湍流模型对 CFD 模拟的影响
3.3.3.4 气泡直径选择对 CFD 模拟的影响
3.3.4 传统内循环流化床流场综合分析
3.3.4.1 反应器气含率综合分析
3.3.4.2 反应器轴向气含率分布
3.4 本章小结
第四章 漏斗型内构件强化的内循环流化床流动与传质过程模拟研究
4.1 引言
4.2 模型建立与研究方法
4.2.1 物理模型和操作条件
4.2.2 CFD 模型
4.2.2.1 流动过程模拟方法
4.2.2.2 体积传质系数模拟方法
4.2.2.3 模型数值求解方法
4.3 结果与讨论
4.3.1 网格无关性
4.3.2 不同表观气速下的流体力学特性
4.3.3 不同内构件条件下流体力学特性比较
4.3.4 局部流体力学特性分析
4.3.4.1 湍动能分布
4.3.4.2 气含率径向分布
4.3.5 氧传质性能分析
4.4 本章小结
第五章 底隙设置十字形内构件改进型内循环流化床的水力特性模拟分析
5.1 引言
5.2 模型建立与研究方法
5.2.1 物理模型和操作条件
5.2.2 CFD 模型
5.2.3 数值求解方法
5.3 结果与讨论
5.3.1 网格无关性
5.3.2 三维 CFD 模型可靠性验证
5.3.3 底隙置入十字形内构件对反应器流动的影响
5.3.4 底隙置入十字形内构件对反应器湍动能的影响
5.4 本章小结
结论与展望
结论
本论文创新点
展望
参考文献
附录
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
附件
本文编号：3887005
本文链接：https://www.wllwen.com/shengtaihuanjingbaohulunwen/3887005.html
