環(huán)境保護是當(dāng)前時代的重要主題,污染尾氣脫除是環(huán)境化工的關(guān)鍵問題。當(dāng)前脫硫脫硝反應(yīng)吸收設(shè)備的發(fā)展趨勢是大型化與高效化,設(shè)備強化與其中的流動均布問題尤為重要。流動均布問題在化工設(shè)備中普遍存在,作為共性問題,本文嘗試將其作為一個單元操作,總結(jié)分析其背景,意義,研究進展,現(xiàn)有技術(shù),理論,研究方法。以單相流和多相流設(shè)備各一典型案例——氨氧化反應(yīng)器和脫硫噴淋塔,研究其流動均布及相關(guān)問題。研究以數(shù)值模擬方法為主,結(jié)合理論分析與實驗觀察,采用新的研究方法——流場調(diào)控方法,得到了流動均布的機理,技術(shù)以及相關(guān)過程的強化方法。流動均布的本質(zhì)是一種流場調(diào)控行為。相較于傳統(tǒng)基于宏觀參數(shù)的阻力分配機理,本文提出了基于場分布的流動控制原理研究流動均布問題。流場結(jié)構(gòu)受控于設(shè)備的幾何結(jié)構(gòu)與操作過程,尋找流場結(jié)構(gòu)與幾何,操作參數(shù)間的關(guān)系,能夠高效而準確的調(diào)控流動均布。流場結(jié)構(gòu)是聯(lián)系幾何及操作參數(shù)與過程強化效果的紐帶。本文研究了噴淋塔內(nèi)的流動均布機理和傳質(zhì)強化機理。在脫硫噴淋塔中,首先得到了流動均布的原理——液滴自調(diào)整效應(yīng),而后依據(jù)該機理及協(xié)同效應(yīng),在三個方面優(yōu)化提高設(shè)備效率:流動均布,相界面積提高,兩相接觸強化。主要方法... 

【文章頁數(shù)】：198 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 前言
    1.1 化工設(shè)備的流動均布問題
    1.2 流動均布問題中的流動控制
    1.3 計算流體力學(xué)方法在流動均布問題研究中的意義
    1.4 研究內(nèi)容與方法
第二章 文獻綜述
    2.1 流動均布問題的研究背景與意義
    2.2 化工設(shè)備中流動均布研究
        2.2.1 動量傳遞過程
        2.2.2 熱量傳遞過程
        2.2.3 質(zhì)量傳遞過程
        2.2.4 化學(xué)反應(yīng)過程
        2.2.5 流動均布研究小結(jié)
    2.3 流動均布理論
        2.3.1 流量均布
        2.3.2 流速均布
    2.4 流動均布的主要技術(shù)
        2.4.1 平面型分布內(nèi)構(gòu)件
        2.4.2 空間型分布內(nèi)構(gòu)件
    2.5 流動均布的研究方法
        2.5.1 實驗測量
        2.5.2 計算流體力學(xué)方法
    2.6 化學(xué)工程前沿領(lǐng)域中的流動均布問題
        2.6.1 微反應(yīng)器
        2.6.2 燃料電池
    2.7 前期工作
    2.8 本章小結(jié)
第三章 濕法脫硫噴淋塔的冷模實驗及宏觀參數(shù)的數(shù)值模擬
    3.1 濕法煙氣脫硫的研究背景及發(fā)展情況
        3.1.1 研究背景
        3.1.2 主要設(shè)備——噴淋塔
        3.1.3 噴淋塔流體力學(xué)模型研究
        3.1.4 噴淋塔傳質(zhì)模型研究進展
        3.1.5 噴淋塔內(nèi)流動均布性研究
    3.2 實驗部分
        3.2.1 實驗系統(tǒng)及流程
        3.2.2 流動形態(tài)觀察分析
        3.2.3 壓降阻力
    3.3 噴淋塔宏觀性能的數(shù)值模擬
        3.3.1 多相流模型選擇
        3.3.2 計算區(qū)域
        3.3.3 基本假設(shè)
        3.3.4 數(shù)學(xué)模型
        3.3.5 邊界條件與計算細節(jié)
        3.3.6 網(wǎng)格無關(guān)性分析
        3.3.7 模擬正確性驗證
    3.4 結(jié)果與討論
        3.4.1 氣相模擬結(jié)果
        3.4.2 液相模擬結(jié)果
        3.4.3 兩相流模擬結(jié)果
        3.4.4 阻力系數(shù)和持液量與操作條件的關(guān)聯(lián)式
    3.5 本章小結(jié)
第四章 噴淋塔內(nèi)液滴自調(diào)整效應(yīng)及其與棒層構(gòu)件對流動均布協(xié)同作用
    4.1 引言
    4.2 流體均布機理的理論研究
        4.2.1 普通噴淋塔內(nèi)的流動分布
        4.2.2 帶有棒層的噴淋塔內(nèi)流動分布
        4.2.3 均勻度(M_f,S_f),持液量(H)和能量損耗(ζ_p)
    4.3 噴淋塔內(nèi)多相流的數(shù)值模擬
        4.3.1 計算域
        4.3.2 基本假設(shè)
        4.3.3 數(shù)學(xué)模型
        4.3.4 數(shù)值模擬計算域
        4.3.5 網(wǎng)格無關(guān)性檢驗
        4.3.6 模擬正確性檢驗
    4.4 模擬結(jié)果與討論
        4.4.1 空塔流動均布性
        4.4.2 帶有棒層的噴淋塔內(nèi)流動分布
    4.5 本章小結(jié)
第五章 脫硫噴淋塔內(nèi)層間協(xié)同效應(yīng)對塔效率的強化
    5.1 引言
    5.2 理論分析
        5.2.1 多層噴淋塔的流動分布特征
        5.2.2 液相參數(shù)對流動均布的影響
    5.3 多層噴淋塔的多相流數(shù)值模擬
        5.3.1 計算區(qū)域
        5.3.2 基本假設(shè)
        5.3.3 數(shù)學(xué)模型
        5.3.4 邊界條件與計算細節(jié)
        5.3.5 網(wǎng)格無關(guān)性
        5.3.6 實驗驗證
    5.4 結(jié)果與討論
        5.4.1 單層與多層噴淋塔的分布對比
        5.4.2 對多層噴淋塔內(nèi)的流動分布進一步探討
        5.4.3 流動均布的工作窗口
        5.4.4 對均布操作區(qū)域的進一步思考
        5.4.5 多層噴淋塔內(nèi)操作條件選擇的優(yōu)化
    5.5 本章小結(jié)
第六章 棒層構(gòu)件在噴淋塔傳質(zhì)強化中的場協(xié)同效應(yīng)
    6.1 引言
    6.2 理論分析
        6.2.1 氣相-液滴系統(tǒng)
        6.2.2 氣相-棒層系統(tǒng)
        6.2.3 氣相-棒層-液滴系統(tǒng)
        6.2.4 棒層區(qū)域氣相-液滴相互作用的場協(xié)同效應(yīng)
    6.3 數(shù)值模擬
        6.3.1 計算域
        6.3.2 基本假設(shè)
        6.3.3 數(shù)學(xué)模型
        6.3.4 邊界條件與計算細節(jié)
        6.3.5 網(wǎng)格無關(guān)性檢驗
        6.3.6 驗證
    6.4 結(jié)果與討論
        6.4.1 氣相流場
        6.4.2 多相流流場
    6.5 本章小結(jié)
第七章 噴淋塔內(nèi)流動均布與傳質(zhì)強化的協(xié)同組合分析
    7.1 引言
    7.2 流動控制指導(dǎo)下的流動均布與傳遞過程強化的研究方法
    7.3 協(xié)同效應(yīng)與化工設(shè)備中的流場控制
    7.4 噴淋塔內(nèi)流動均布及相關(guān)問題的協(xié)同效應(yīng)
        7.4.1 噴淋塔液滴自調(diào)整效應(yīng)及棒層構(gòu)件作用的協(xié)同效應(yīng)(第四章)
        7.4.2 多層噴淋塔內(nèi)塔效率優(yōu)化的協(xié)同效應(yīng)(第五章)
        7.4.3 噴淋塔內(nèi)棒層構(gòu)件強化傳質(zhì)的協(xié)同效應(yīng)(第六章)
    7.5 本章小結(jié)
第八章 基于徑向流分配原理的多孔分布板流動均布
    8.1 引言
    8.2 分布板均布的理論分析
        8.2.1 基于流動控制的均布機理
        8.2.2 分布板流體均布的過程
        8.2.3 分布板幾何參數(shù)對流動均布過程的影響
        8.2.4 均布過程的能量損耗
        8.2.5 多孔分布板的新設(shè)計方法
    8.3 氨氧化反應(yīng)器流場的數(shù)值模擬
        8.3.1 氨氧化反應(yīng)器簡介
        8.3.2 方法與模型
    8.4 結(jié)果與討論
        8.4.1 無分布板的反應(yīng)器內(nèi)流動分布
        8.4.2 添加傳統(tǒng)分布板的反應(yīng)器內(nèi)流動分布
        8.4.3 添加新分布器的反應(yīng)器內(nèi)流動分布
        8.4.4 新分布器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化
    8.5 冷模實驗與數(shù)值模擬驗證
        8.5.1 實驗內(nèi)容
        8.5.2 實驗設(shè)備
        8.5.3 測量設(shè)備
        8.5.4 結(jié)果與討論
    8.6 單相流流動均布過程與動量傳遞過程的強化
    8.7 本章小結(jié)
第九章 全文總結(jié)及展望
    9.1 研究方法
    9.2 主要結(jié)論
    9.3 展望、建議與不足
參考文獻
攻讀學(xué)位期間科研成果
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3665745