本文關(guān)鍵詞：徑向流吸附器內(nèi)流動與傳熱傳質(zhì)理論研究

  更多相關(guān)文章： 徑向流吸附器 競爭吸附 數(shù)值計(jì)算 結(jié)構(gòu)優(yōu)化 空氣分離

【摘要】：隨著對氧、氮、氬等工業(yè)氣體的需求日益增大,我們亟需研發(fā)更大規(guī)模的、高效的低溫空分系統(tǒng)。在低溫空分過程中,為保證系統(tǒng)安全運(yùn)行,吸附純化過程至關(guān)重要；然而其能耗較高、吸附劑利用率較低,是目前制約空分系統(tǒng)大型化發(fā)展的突出瓶頸。徑向流吸附器具有占地面積小、床層壓降小、再生能耗低等優(yōu)點(diǎn),在國內(nèi)外大型和超大型空分系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。然而,徑向流吸附器內(nèi)通常存在流體沿吸附床層軸向高度分布不均勻,這會降低床層吸附劑的利用率,導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行安全問題。關(guān)于徑向流吸附器內(nèi)流動與傳熱傳質(zhì)耦合過程的理論研究尚不完善。針對上述問題,本文開展了以下研究工作： (1)建立了H20和C02混合氣體在活性氧化鋁和分子篩吸附劑中競爭吸附的二維非穩(wěn)態(tài)數(shù)值模型,采用多組分DA方程來描述二元混合氣體在活性氧化鋁和分子篩吸附劑中的吸附平衡,采用線性驅(qū)動力模型描述吸附質(zhì)氣體與吸附劑的傳質(zhì)過程,采用有限體積法對偏微分方程組進(jìn)行離散,采用Fluent中Couple算法對離散后的組分方程、動量方程和能量方程等進(jìn)行耦合計(jì)算。 (2)基于上述非穩(wěn)態(tài)模型對徑向流吸附器內(nèi)吸附過程的流動與傳熱傳質(zhì)過程進(jìn)行模擬計(jì)算,得到了H20和C02氣體濃度分布及吸附床穿透時間、床層溫度分布規(guī)律,分析了吸附源項(xiàng)對流場的影響。結(jié)果顯示,氣體較多地流過吸附床層的頂端,導(dǎo)致床層頂端吸附劑被穿透時,其他區(qū)域的吸附劑還未吸附飽和,吸附器切換時間變短,效率大為降低。另外,對中心流道內(nèi)置導(dǎo)流圓管結(jié)構(gòu)的徑向流吸附器進(jìn)行計(jì)算。發(fā)現(xiàn)內(nèi)置圓管后,吸附器內(nèi)的流場和濃度場分布更加均勻,吸附劑的利用率更高。在空氣處理量為750m3/h時,吸附器對水蒸氣和二氧化碳的吸附量比不加導(dǎo)流圓管時分別增加了2.3%和1.2%。 (3)對Z型徑向流吸附器內(nèi)的壓降和流動特性進(jìn)行分析,研究了主要結(jié)構(gòu)參數(shù)(床層軸向高度和吸附劑顆粒直徑)對吸附器內(nèi)流體分布的影響。同時針對實(shí)驗(yàn)室已有的一臺Z型徑向流吸附器,采用理論求解和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對照的方法驗(yàn)證了模型的可靠性。結(jié)果表明,減小吸附床層軸向高度和吸附劑顆粒直徑能顯著提高Z型徑向流吸附器內(nèi)流體分布的均勻性；當(dāng)空氣的運(yùn)動粘度和其他結(jié)構(gòu)參數(shù)不變時,吸附器的空氣處理量在一定范圍內(nèi)變化對吸附床層內(nèi)流體的均勻性影響不大。
【關(guān)鍵詞】：徑向流吸附器 競爭吸附 數(shù)值計(jì)算 結(jié)構(gòu)優(yōu)化 空氣分離
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TK124
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 主要符號表8-12
• 第1章 緒論12-26
• 1.1 研究背景和意義12-15
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-23
• 1.2.1 徑向流容器流動特性15-16
• 1.2.2 分子篩吸附實(shí)驗(yàn)研究16-19
• 1.2.3 吸附模型的建立19-23
• 1.3 存在的問題23
• 1.4 本文的主要研究工作23-26
• 第2章 競爭吸附過程中的流動與傳熱傳質(zhì)模型建立26-38
• 2.1 模型建立26-31
• 2.1.1 條件假設(shè)26
• 2.1.2 數(shù)學(xué)模型26-30
• 2.1.3 模型求解相關(guān)參數(shù)值30
• 2.1.4 求解方法30-31
• 2.2 模型驗(yàn)證31-36
• 2.2.1 單組分氣體吸附平衡量計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比31-34
• 2.2.2 組分氣體競爭吸附穿透時間計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比34-36
• 2.3 本章小結(jié)36-38
• 第3章 徑向流吸附器內(nèi)流動與傳熱傳質(zhì)過程計(jì)算與分析38-54
• 3.1 模型建立38-40
• 3.1.1 物理模型38
• 3.1.2 網(wǎng)格劃分38-39
• 3.1.3 初始及邊界條件39
• 3.1.4 數(shù)值求解39-40
• 3.2 結(jié)果與分析40-46
• 3.2.1 吸附床濃度分布40-42
• 3.2.2 吸附床溫度分布42-44
• 3.2.3 各組分氣體的吸附量44-46
• 3.3 吸附源項(xiàng)對流場的影響46-47
• 3.4 導(dǎo)流圓管對流場和濃度場的影響47-52
• 3.5 本章小結(jié)52-54
• 第4章 徑向流吸附器流動特性及結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化54-66
• 4.1 引言54
• 4.2 數(shù)學(xué)模型54-57
• 4.3 求解及結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化57-63
• 4.3.1 求解58-59
• 4.3.2 結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化59-63
• 4.4 優(yōu)化結(jié)果63-65
• 4.5 本章小結(jié)65-66
• 第5章 總結(jié)與展望66-68
• 5.1 全文工作總結(jié)66
• 5.2 主要創(chuàng)新點(diǎn)66-67
• 5.3 展望67-68
• 附錄68-74
• 參考文獻(xiàn)74-76
• 攻讀碩士學(xué)位期間所取得的科研成果76-78
• 致謝78

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張學(xué)軍,代彥軍,王如竹;蜂窩式除濕轉(zhuǎn)輪的傳熱傳質(zhì)數(shù)學(xué)模型及其試驗(yàn)驗(yàn)證[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2005年01期

2 董金玲;王國恒;;干燥過程中的高溫快速工藝[J];工業(yè)爐;2006年02期

3 熊;;傳熱傳質(zhì)技術(shù)及設(shè)備進(jìn)展點(diǎn)滴[J];石油化工設(shè)備;2006年05期

4 熊;;傳熱傳質(zhì)技術(shù)及設(shè)備進(jìn)展點(diǎn)滴[J];石油化工設(shè)備;2007年03期

5 張?jiān)品?傅俊萍;;《傳熱傳質(zhì)》課程的教學(xué)分析與探討[J];中國電力教育;2008年11期

6 邱超;宋華芬;劉春琪;;加填料飽和器傳熱傳質(zhì)模型研究[J];中國電機(jī)工程學(xué)報(bào);2010年05期

7 楊仲卿;張力;唐強(qiáng);;超低濃度煤層氣在流化床燃燒過程中相間的傳熱傳質(zhì)特性[J];中國電機(jī)工程學(xué)報(bào);2012年02期

8 李準(zhǔn);中國工程熱物理學(xué)會傳熱傳質(zhì)會議在江蘇楊州市召開[J];發(fā)電設(shè)備;1987年02期

9 本刊通訊員;;國際傳熱傳質(zhì)中心簡介[J];武漢水運(yùn)工程學(xué)院學(xué)報(bào);1987年03期

10 姚愛如,王進(jìn)修,程尚模;冷凍干燥過程中非定常傳熱傳質(zhì)研究[J];華中理工大學(xué)學(xué)報(bào);1988年06期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 楊靜;朱慶勇;謝銘慧;;混紡材料中傳熱傳質(zhì)的數(shù)值模擬[A];現(xiàn)代數(shù)學(xué)和力學(xué)(MMM-XI)：第十一屆全國現(xiàn)代數(shù)學(xué)和力學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集[C];2009年

2 由世俊;牛潤萍;張歡;;空調(diào)用填料表面?zhèn)鳠醾髻|(zhì)性能的預(yù)測分析[A];全國暖通空調(diào)制冷2006年學(xué)術(shù)年會文集[C];2006年

3 徐成海;彭潤玲;張世偉;祖文文;;真空冷凍干燥過程傳熱傳質(zhì)理論研究的動態(tài)[A];第八屆全國冷凍干燥學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2005年

4 郭濤;張彬;李文武;燕濤;;基于FLUENT的深水油藏傳熱傳質(zhì)數(shù)值模擬研究[A];2010年度海洋工程學(xué)術(shù)會議論文集[C];2010年

5 樊麗娟;黃翔;吳志湘;;管式間接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)中強(qiáng)化管外傳熱傳質(zhì)方法的對比分析[A];第十三屆全國熱泵與系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)大會論文集[C];2008年

6 張紹志;周新麗;陳光明;;淺論細(xì)胞懸浮液凍干與普通溶液凍干的異同[A];第八屆全國冷凍干燥學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2005年

7 林亞玲;李樹君;潘忠禮;;紅外同步殺青脫水下蘋果片傳熱傳質(zhì)數(shù)學(xué)模擬[A];2007年學(xué)術(shù)年會論文集[C];2007年

8 王鐵軍;劉達(dá)新;唐景春;;噴淋蒸發(fā)翅管式冷凝器傳熱傳質(zhì)研究[A];第六屆全國低溫與制冷工程大會會議論文集[C];2003年

9 李敏杰;王煤;余徽;紀(jì)平均;許峰;;豎直環(huán)形多孔介質(zhì)封閉腔體內(nèi)的自然對流傳熱傳質(zhì)[A];第一屆全國化學(xué)工程與生物化工年會論文摘要集(上)[C];2004年

10 董沖;;低肋斜槽管單管外降膜吸收的傳熱傳質(zhì)模型及計(jì)算[A];第十二屆全國冷（熱）水機(jī)組與熱泵技術(shù)研討會論文集[C];2005年

中國重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 記者 黃虎波;推動?xùn)|莞能源 科技成果產(chǎn)業(yè)化[N];東莞日報(bào);2012年

2 劉偉　高建敏;腳踏實(shí)地 從細(xì)微做起[N];科技日報(bào);2010年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉彬;有機(jī)物綜合利用中的傳熱傳質(zhì)分析與應(yīng)用[D];重慶大學(xué);2008年

2 彭潤玲;幾種生物材料凍干過程傳熱傳質(zhì)特性的研究[D];東北大學(xué);2007年

3 王軍;增膜型蒸發(fā)空冷器強(qiáng)化傳熱傳質(zhì)研究[D];華中科技大學(xué);2009年

4 尚妍;含濕巖土間歇蓄/放熱傳熱傳質(zhì)研究[D];大連理工大學(xué);2012年

5 鄭偉業(yè);蒸發(fā)式冷卻器傳熱傳質(zhì)的試驗(yàn)研究及數(shù)值模擬[D];華東理工大學(xué);2013年

6 趙元賓;側(cè)風(fēng)對于自然通風(fēng)逆流濕式冷卻塔傳熱傳質(zhì)影響機(jī)制的研究[D];山東大學(xué);2009年

7 林們;氨水降膜吸收傳熱傳質(zhì)機(jī)理及其在兩級風(fēng)冷吸收制冷中的應(yīng)用研究[D];上海交通大學(xué);2011年

8 黃斯珉;膜式液體除濕流道共軛傳熱傳質(zhì)特性研究[D];華南理工大學(xué);2012年

9 王義江;深部熱環(huán)境圍巖及風(fēng)流傳熱傳質(zhì)研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2010年

10 郝曉峰;人工林杉木干燥過程傳熱傳質(zhì)數(shù)值模擬[D];中國林業(yè)科學(xué)研究院;2013年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 程金強(qiáng);功能表面強(qiáng)化傳熱傳質(zhì)研究及其在車載溴冷機(jī)中的應(yīng)用[D];中國海洋大學(xué);2009年

2 柳坤;橫紋管強(qiáng)化溴化鋰吸收水蒸汽的傳熱傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究[D];鄭州大學(xué);2010年

3 蔣妮;蒸發(fā)冷凝傳熱傳質(zhì)研究及應(yīng)用[D];西北工業(yè)大學(xué);2002年

4 劉春琪;HAT循環(huán)飽和器性能研究[D];上海交通大學(xué);2008年

5 夏曉華;復(fù)合工質(zhì)傳熱傳質(zhì)性能的數(shù)值研究[D];上海交通大學(xué);2013年

6 張強(qiáng);降膜式吸收器關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)研究[D];陜西理工學(xué)院;2013年

7 宋蕾娜;熱泵干燥系統(tǒng)的熱力學(xué)分析及干燥過程傳熱傳質(zhì)研究[D];華北電力大學(xué)（河北）;2007年

8 王桂榮;水平刻槽管壁面升膜蒸發(fā)傳熱傳質(zhì)耦合研究[D];中國海洋大學(xué);2010年

9 周曉慧;地道通風(fēng)系統(tǒng)的傳熱傳質(zhì)及降溫效果分析[D];廣州大學(xué);2011年

10 宋進(jìn);閉式冷卻塔中均勻布水及其對傳熱傳質(zhì)影響的實(shí)驗(yàn)研究[D];華東理工大學(xué);2012年

，

本文編號：1085372