本文借助CFD技術(shù),利用歐拉-歐拉雙流體方法,針對用于懸浮床加氫的體積為0.0785 m~3的氣升式環(huán)流反應(yīng)器,進(jìn)行了相間作用力模型、氣泡尺寸、靜液面高度以及流體物性對反應(yīng)器內(nèi)流體流動(dòng)的影響規(guī)律的研究,通過與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對比以及反應(yīng)器內(nèi)部的詳細(xì)分析,建立了基于Tomiyama曳力模型的PBM-CFD耦合計(jì)算模型,氣含率和環(huán)流液速的計(jì)算偏差減小到10%以下,與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)能夠較好吻合,同時(shí)使得CFD計(jì)算的局部流場信息和PBM計(jì)算的氣泡大小分布分別得到優(yōu)化,能夠更加準(zhǔn)確描述氣升式環(huán)流反應(yīng)器內(nèi)部復(fù)雜流動(dòng)�；谝呀⒌腜BM-CFD耦合流體動(dòng)力學(xué)模型,按照原料油處理量分別100噸/年、1000噸/年、10萬噸/年、50萬噸/年和100萬噸/年,相對應(yīng)體積分別為0.0095 m~3、0.00785m~3、23.03 m~3、109.42 m~3和208.42 m~3的氣升式環(huán)流反應(yīng)器,研究導(dǎo)流筒直徑與反應(yīng)器直徑比值、導(dǎo)流筒高度與反應(yīng)器高度比值、導(dǎo)流筒安裝高度與導(dǎo)流筒直徑比值、噴嘴夾角和導(dǎo)流筒分段對流動(dòng)的放大規(guī)律。模擬計(jì)算發(fā)現(xiàn):在研究的范圍內(nèi),隨著反應(yīng)器體積的變大,當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)氣含率最高時(shí),導(dǎo)流筒高徑比值從6增加到8,而導(dǎo)流筒安裝高度與導(dǎo)流筒直徑比值保持在0.6左右;當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)環(huán)流液速最大時(shí),導(dǎo)流筒高徑比值從7.5增加到10.5,而導(dǎo)流筒安裝高度與導(dǎo)流筒直徑比值從0.8減小到0.6。同時(shí),隨著噴嘴夾角從30°增大到90°,反應(yīng)器內(nèi)氣含率呈現(xiàn)緩慢增長趨勢,而環(huán)流液速呈現(xiàn)逐漸下降趨勢;相比于單段導(dǎo)流筒,帶有分段導(dǎo)流筒的體積為0.0785 m~3氣升式環(huán)流反應(yīng)器內(nèi)氣含率增加10%,環(huán)流液速增加3%,并且隨著反應(yīng)器體積變大,兩段導(dǎo)流筒對反應(yīng)器內(nèi)氣含率和環(huán)流液速影響效果增加到15%。因此對于大體積氣升式環(huán)流反應(yīng)器設(shè)計(jì)時(shí),建議噴嘴夾角設(shè)計(jì)在45°~60°范圍內(nèi)視情況而定,同時(shí)將導(dǎo)流筒分成兩段,分段位置位于中心位置靠下區(qū)域內(nèi)。
【學(xué)位單位】：中國石油大學(xué)(華東)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TE624
【部分圖文】：

圖 1-1 氣升式環(huán)流反應(yīng)器結(jié)構(gòu)圖Fig. 1-1 Pattern diagram of air lift reactor structure氣含率表征的是反應(yīng)器內(nèi)氣相所占的體積分?jǐn)?shù)，與氣液兩相接觸面積有關(guān)，影傳質(zhì)和循環(huán)液速。影響氣含率的因素主要有表觀氣速、表觀液速、液體性質(zhì)、結(jié)定氣含率的方法有很多，包括體積法、重量法、電化學(xué)法、激光法等。循環(huán)液速主要是上升管和下降管內(nèi)氣含率不同導(dǎo)致的，對環(huán)流反應(yīng)器研究發(fā)現(xiàn)速主要起到三個(gè)方面的作用：一是使反應(yīng)器內(nèi)各相快速均勻混合；二是攜帶氣泡管進(jìn)下降管，使下降管內(nèi)氣含率上升，有利于延長氣-液接觸時(shí)間，達(dá)到更快的傳熱與混合；第三是可以使固體顆粒懸浮在體系內(nèi)。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測量方法主要有脈沖和浮標(biāo)法，同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)表觀氣速、液相物性和反應(yīng)器尺寸以及反應(yīng)器內(nèi)結(jié)構(gòu)等影響循環(huán)液速的大小[7]。相間傳質(zhì)系數(shù)（KLa）決定著反應(yīng)器內(nèi)氣液傳質(zhì)能力，是反應(yīng)器設(shè)計(jì)、放大與

圖 1-2 CFD 工作流程圖Fig. 1-2 CFD work flow chart究進(jìn)展具有復(fù)雜的兩相流或三相流，使其年隨著 CFD 技術(shù)不斷成熟與發(fā)展反應(yīng)器幾何結(jié)構(gòu)和尺寸規(guī)模對反性的模型，盡可能在投入較少的情計(jì)算精度和計(jì)算時(shí)間方面的綜合優(yōu)用于氣液兩相流數(shù)值模擬研究中，運(yùn)動(dòng)行為以及氣液之間的相互作用oka 和 Serizawa[23]認(rèn)為在包含氣泡

（a） （b）圖 2-1 實(shí)驗(yàn)裝置物理模型Fig. 2-1 Physical model experiment devicet 和 ICEM CFD 對建立的物理模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。對密，然后再使用 Gambit 進(jìn)行結(jié)構(gòu)性面網(wǎng)格劃分，如圖分析發(fā)現(xiàn)導(dǎo)流筒上部區(qū)域結(jié)構(gòu)規(guī)整，而導(dǎo)流筒以及反存在，此區(qū)域結(jié)構(gòu)不規(guī)整，并且還要對出口進(jìn)行加密分�；旌暇W(wǎng)格具體劃分方法：首先對反應(yīng)器模型進(jìn)行幣型網(wǎng)格）劃分方法畫結(jié)構(gòu)性網(wǎng)格，而非結(jié)構(gòu)區(qū)域，置各邊界條件，尤其是對兩個(gè)計(jì)算域交界處設(shè)置為 2-2（b）所示。

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本文編號：2834195