涓流床反應器在石油化工過程中被廣泛應用,而催化劑的表面潤濕性直接影響著反應器性能。目前很多研究都局限于床層尺度,深入了解床層的局部流動尤其是顆粒尺度的流動有益于調控、檢測和優(yōu)化反應器性能。本文以模擬和實驗結合的方式,首先從顆粒尺度研究了潤濕性對顆粒表面流動特性的影響,進而探究了填料潤濕性對涓流床中流體力學行為的影響。對于顆粒尺度,運用計算流體力學(CFD)中表面追蹤法(VOF)對不同潤濕性顆粒表面液體流動形態(tài)進行研究,計算出顆粒表面的潤濕分率。使用表面接枝法對親水性氧化鋁進行改性,改性后顆粒的接觸角分別為48,88,119和152°,通過實驗對模擬結果進行驗證,發(fā)現(xiàn)實驗與模擬結果能很好地吻合。隨著接觸角增大,液體在顆粒表面由膜流向溪流轉變。對于床層尺度,采用CFD-VOF模型對不同潤濕性床層的潤濕行為進行探究,同時通過實驗驗證了模擬結果。采用染色吸附法測量了床層的潤濕分率,分析了床層中的滯后現(xiàn)象。發(fā)現(xiàn)潤濕分率隨著接觸角的增大而減小,液體流動形態(tài)也發(fā)生變化。采用稱重法與示蹤法測定了床層持液量,并擬合得到了預測動持液量的關聯(lián)式,分析了床層的軸向返混。結果表明未經改性的床層中,由于顆粒內擴散影響,示蹤法測得持液量值偏大,停留時間分布曲線有明顯的拖尾。且接觸角越大,床層的返混程度越小。對比了不同潤濕性床層壓降,利用相對滲透率模型建立氣相相對滲透率與氣相飽和度的關系,同時預測了壓降,發(fā)現(xiàn)隨著接觸角的增大,壓降值減小,且床層滯后現(xiàn)象顯著減小。
【學位單位】：華東理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TQ021.1
【部分圖文】：

２．２．１顆粒表面流體流動形態(tài)??對于微觀（催化劑顆粒）尺度，Ｗａｎｇ等［２８］認為流體經過顆粒表面的流動形態(tài)主要??有：膜流，溪流，掛液結構，絲流及液包，如圖２．１所示。膜流和溪流在顆粒表面流動，??其他結構在顆粒間存在；溪流是由膜流分裂形成的，以線狀形式流過顆粒表面；掛液結??構和液包是由于毛細作用力而形成的；液包可延伸到顆粒的孔道中，其形狀是隨機的，??取決于顆粒在床層中位置，絲流在顆粒間的孔道流動，其橫向寬度可以延伸到多個孔腔??中，絲流亦可看做是多個連續(xù)的液包。掛液結構停留在兩個顆粒的接觸點位置，這也是??涓流床內靜液存在的原因。Ｇｕｎｊａｌ等［４］對比了液滴在干燥顆粒和預潤濕顆粒表面的流動??過程，結果表明，液滴在干燥顆粒表面停留的時間比在潤濕顆粒表面停留的時間久。實??驗還發(fā)現(xiàn)，在低液速下，液滴在顆粒表面受重力和表面張力的作用而在顆粒上下震蕩。??此外，染色技術也被用于流體流動的表征中，如１＾“１＾＾等［２９］將顆粒表面染上亞甲基藍??對流體軌跡進行追蹤

圖１２８１??Ｆｉｇ．?２．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｌｉｑｕｉｄ?ｆｌｏｗ?ｔｅｘｔｕｒｅｓ?ｏｎ?ｐａｒｔｉｃｌｅ??

２．２．１顆粒表面流體流動形態(tài)??對于微觀（催化劑顆粒）尺度，Ｗａｎｇ等［２８］認為流體經過顆粒表面的流動形態(tài)主要??有：膜流，溪流，掛液結構，絲流及液包，如圖２．１所示。膜流和溪流在顆粒表面流動，??其他結構在顆粒間存在；溪流是由膜流分裂形成的，以線狀形式流過顆粒表面；掛液結??構和液包是由于毛細作用力而形成的；液包可延伸到顆粒的孔道中，其形狀是隨機的，??取決于顆粒在床層中位置，絲流在顆粒間的孔道流動，其橫向寬度可以延伸到多個孔腔??中，絲流亦可看做是多個連續(xù)的液包。掛液結構停留在兩個顆粒的接觸點位置，這也是??涓流床內靜液存在的原因。Ｇｕｎｊａｌ等［４］對比了液滴在干燥顆粒和預潤濕顆粒表面的流動??過程，結果表明，液滴在干燥顆粒表面停留的時間比在潤濕顆粒表面停留的時間久。實??驗還發(fā)現(xiàn)，在低液速下，液滴在顆粒表面受重力和表面張力的作用而在顆粒上下震蕩。??此外，染色技術也被用于流體流動的表征中，如１＾“１＾＾等［２９］將顆粒表面染上亞甲基藍??對流體軌跡進行追蹤
【參考文獻】

相關期刊論文 前5條

1 陳圓圓;徐進良;李季巍;;液滴碰撞親-疏水性組合壁面的數(shù)值分析[J];化工學報;2016年12期

2 趙偉;初旭銘;賈忱;韓毓旺;陳良勇;胡燚;;乙醇脫水固定床反應器數(shù)值模擬的研究[J];石油化工;2013年01期

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本文編號：2851537