固定床气体预分流器的优化设计研究.pdf

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1、第2l卷第4期矿冶Vo1．21，No．42012年12月MINING＆METALLURGYDecember2012文章编号：1005—7854(2012)04-0085-04固定床气体预分流器的优化设计研究范玉佼刘向军蒋兴宇(北京科技大学机械工程学院，北京100083)摘要：固定床反应器效率高低主要取决于反应区内气体流动均匀程度，人口处气体预分流器的优化设计非常重要。本文以某轴流固定床人口段为研究对象，采用数值模拟方法研究了入口空腔内气体流动情况，对比分析了加设预气体分布器的优势，并对比研究了分流器侧壁面开孔的孔隙率、

2、孔径、开孔位置以及分布器尺寸等对流场气流分布的影响，并在此基础上提出优化建议。关键词：轴向流；固定床；气体分布器；数值模拟；流场中图分类号：TQ051．14文献标志码：Adoi：10．3969／j．issn．1005-7854．2012．04．0220PTIMIZATIONOFTHEGASPRE—DISTRIBUTORFORAFIXEDBEDFANYu-jiaoLIUXiang4unJIANGXin—yu(SchoolofMechanicalEngineering，UniversityofScienceandTechn

3、ologyBeijing，Beijing100083，China)ABSTRACT：TheeficiencyofafixedbedreactoriSmainlydependedontheuniformityofvelocitydistributioninthereactingarea，thustheoptimizationdesignforthegaspre—distributoratinletisveryimportant．Inthispaper，taketheaxia1flowinletsectionoffixed

4、bedforexample．theperformanceofgasflowinthefreeentranceofafixed．bedreactorisnumericallystudied．Theadvantagesofgasflowfieldwithagaspre·distributorareanalyzed．Thestructureofthegaspre—distributor，includingtheporosity，hole—diameter，holedrillingpositionandthedistribut

5、orsizeareoptimizedwithsomeoptimizingsuggestsofthegaspre—distributorproposedbasedonthisfoundationaswel1．KEYWORDS：fixed-bedreactor；gaspre-distributor；numericalsimulation；optimization工业固定床反应器的流体力学行为一直受到研建立了气体在其内流动的三维数学模型，对人口空究者的关注¨，轴流式是其中常见的气固催化反应腔段内气体流动特性进行了系统的数值模

6、拟，对比器形式之一。固定床反应器的主要反应区是催化剂研究了加设气体预分布器的优势，并在此基础上，为床层，流体分布直接影响床层中传热传质及化学反得到更均匀的流场，比较了预分布器侧壁面开孔时应等过程的进行，不均匀分布可降低催化剂及反应孔隙率大小、孔径大小、开孔分布位置以及预分布器器的效率。固定床入El采用合理的气体预分布高度和直径尺寸等条件对流场气体分布效果的影技术，可有效改善气体分布效果，提高催化剂和反应响。模拟结果表明，在固定床反应器入口处设置一器的利用效率。优化入口气体预分布器的结构设计气体预分布器可以很好地降低气流

7、冲击速度，使得是实现轴流固定床内流体均匀分布的重要手段和必流场更均匀；预分布器侧壁面孔隙率e=0．152，孔要措施。径D=6mm，侧壁面上部开孔有利于流场均匀分本文以某轴流固定床人口空腔段为研究对象，布；对于本文的工况，预分布器与固定床最优直径比收稿日期：2012-03-26A为0．25，与下部空间最优高度比为0．473。作者简介：范玉佼，硕士研究生，主要从事流动与燃烧过程的模拟与工程应用研究。1研究对象联系人：刘向军，博士，教授，主要从事流动与反应过程的基础研究。E-mail：liuxj@me．ustb．edu．cn

8、以某轴流固定床反应器入口空腔段为研究对矿冶象，床内气体等温为20℃，床层内表观流速为0．15。：+Cpk／(5)m／s，如图1所示，固定床入口管径32mm，空腔段式中：肛为黏性系数；为湍动能；s为耗散率，，高150mm，固定床直径600mm。，C，C，C为k一8双方程湍流模型常数。2．2边界条件的确定给定固定床床内气体表观流速=0