基于沉浸管式流化床的多相流模拟与结构优化

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1、青岛科技大学硕士学位论文沉浸管式流化床的多相流模拟与结构优化姓名：许凯申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：王伟文20090601沉浸管式流化床的多相流模拟与结构优化摘要本文针对大型流化床反应器存在进气不均、易产生大气泡和颗粒团聚体，对于强放热或吸热反应须在流化床内设置管式内构件以及时取热或加热，出口气体带出的固体颗粒量较大等弊端，进行了流场模拟与实验研究。内容包括：设计了双锥导流式进气分布器，并利用FUENT软件对不同结构参数下分布器的流场进行了数值模拟。模拟结果表明：外锥的设立，避免了不能使气体均布的弊端；合理调整导流口的位置与尺

2、寸能确保流体沿分布器内锥表面压力均布；分布器内气体分布不均匀度随内锥开孔率的增加先减小后增大，并沿流体的流动方向有降低的趋势；当内锥丌孔率为0．8一l％，锥角采用600时气体分布器的不均匀度小、压降低。并且利用实验验证了上述模拟结果。对三种不同外形的流化床进行了模拟。结果显示，流化床的扩大段对床内部流场的影响显著。三种拥有扩大段的床形在降低密相床层高度、颗粒速度方面要好于普通圆筒形流化床。圆锥形流化床，降低了颗粒扬析，但容易出现沟流；当静床床面低于扩大段下端的流化床时，不适宜的结构尺寸会造成内部气泡尺寸较大、易聚并发生节涌；对静床床面位于

3、扩大段下端，床层尺寸比例设计合理时，密相床层高度低，内部气泡尺寸较小、颗粒的扬析量少、流场稳定，与实验结果吻合。作者对加入垂直与水平两种沉浸管的流化床内部流场进行了研究。对垂直沉浸管式流化床的模拟表明：垂直管上方与下方床层内的颗粒有从流化中心向边壁运动的趋势，而垂直管区域内的颗粒沿轴向向上运动；垂直管的加入破碎了流化床内的大气泡、减缓了气泡上升速度、减弱了气泡聚并；降低了垂直管上方床层区域内的颗粒固含率，减少了颗粒的扬析；适当加大垂直管间距可以有效降低壁面处的颗粒固含率及密相床层高度。对水平沉浸管式流化床的模拟发现：床内一定数量的管道被“

4、气穴”包围，且管间距减小后，“气穴’’增多；床内管束采用正三角与正方形两种排列方式均能降低管束上方区域内的颗粒固含率；管束呈三角形排列时密相床层高度较低，且颗粒在中心区域具有较高的轴向速度，有助于减少“气穴’’现象。关键词：双锥导流式进气分布器扩大段沉浸管式流化床数值模拟ⅡMULnPHASEFLOWSIMUI。久nONANDSTRUCTURALOPTIMIZAnONOFIMMERSEDTUBEFLUIDIZEDBEDInthispaper,aflowfeldsimulationandexperimentalstudywereresearc

5、hedbecauscofunevenintakeandeasytohaveabigbubbleandparticleaggregates，settingupbafflefortransferringheatandheatinginstrongexothermicorendothermicreaction，bringingoutalargernumberofsolidparticlesbyair-outintheindustrialsynthesisoforganicsiliconmonomerreaction．Tosolvetheabov

6、eproblem，thespecificresearchasfollow：ThewriterdesignedthedoubleconediversioninletdistributorandsimulatedvariousstructuralparametersoftheflowfielddistributionwithCFDsimulationsoftware．Simulationresultsshowthatoutsideconecouldavoidthedrawbacksofasymmetricgasdistribution；Rea

7、sonableadjustmentstodiversiontrenchlocationandsizecouldensuretheuniformpressuredistributionalongtheinnersurfaceofinnercone．Whiletheratiosofapertureininnerconeincreased，gasdistributionunevendistributionincreasedafterthefirstdecrease；Vi011enthevalueofratiosofapertureandinsi

8、deconeangleWas0．8—1％and600,pressuredropanduniformgasdistributionreachedperfect．Aboveallanalogval