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国家重点基础研究发展规划资助
摘要洗涤冷却室作为气流床煤气化炉内的核心设备之一,对合成气的冷却净化起着十分重要的作用。洗涤冷却室内工艺过程复杂,、分离和相变传热等现象,相关规律和机理的认识还不够全面。因此,针对洗涤冷却室内多相体系中的流动和热质传递等基础性问题展开全面、深入的研究,具有现实意义。本文采用理论分析、数值模拟为主要研究手段,结合相关实验研究验证,围绕洗涤冷却室内气体穿越液池过程所涉及的气流穿透行为、气液两相流动及其热质传递展开研究,探讨其内在机理。研究内容主要包括:基于欧拉法,对于洗涤冷却室内的气液两相流动,采用疌数学模型进行了求解。运用P妥既纷纷俑丛拥南嗉浣缑妫τ肅模型考虑了相问界面张力的作用;基于控制体积中相的体积份额标量值,采用高效、精确的界面重构技术构建了控制体积的相间界面。利用所建立的数学模型进行数值计算,与相关实验研究相结合,验证了所建立数学模型的准确性。从时间和空间上对洗涤冷却室内浸没式项吹气流在液池中的穿透行为进行细节上的描述。探讨不同参数对气流穿透深度的影响,通过量纲分析,建立气流穿透深度的数学模型。结果表明:当下降管直径和液体密度一定时,气流穿透深度随着气流动量的增加而增大;然而,当液体密度和气流动量不变时,气流穿透深度却随着下降管管径的增加而减小;下降管浸没深度、液体粘度均对气流穿透深度影响不大。针对实验尺寸的洗涤冷却室,从形态上获得了气体穿越液池过程中气液两相流动特征,从定量上揭示并分析了洗涤冷却室内的气含率、气液相湍动能、速度、气泡尺寸以及气液界面面积浓度等参数的分布规律。结果表明:在洗涤冷却室内下降管管口形成的气泡聚集在下降管外壁,并主要沿下降管边壁上升,且具有较大的上升速度:沿径向气液速度逐渐下降,在冷却室壁面附近,气液发生回流;气液两相湍动能主要在下降管外壁面附近产生,在气液交界面上获得最大值:环隙鼓泡床底部,下降管附近处的气泡平均直径最大,气泡尺寸沿径向逐渐降低且变化梯度较大;气液界面浓度在环隙外侧,即冷却室壁面附近出现较大值,该区域主要以小气泡为主;气泡在液面破碎产生大量液滴飞溅,溅射主要发生在下降管外壁附近。针对工业尺寸的洗涤冷却室,揭示了表观气速、静态液位、操作压力等对气泡特性的影响规律,对环隙增设分隔板的作用作了定性和定量的分析。结果表明:表观气速越大,液位越高,操作压力越大,突扩比越小,液池内气含率越大,气泡湿周越大;不同工况下,湿周沿轴向均呈洛仑兹分布,峰值对应高度为液面高度;增设破泡板后,环隙鼓泡床内气含率和气泡湿周轴向分布均匀,结果证明加装破泡板一方面能够有效地减小气泡尺寸,增加气液界面面积浓度;另一方面,可以有效降低床层及液面的波动,有利于装置的稳定运行。在得知气泡特性分布的基础上,建立气液直接接触相变换热数学模型,对高温气体穿越液池过程中气液熟质传递特性进行了研究,探讨了表观气速、气体温度、含湿量等因素对池内气、液两相温度以及气体含湿量轴向分布的影响。结果表明:气液直接接触换热过程中,在环隙鼓泡床下端发生凝结相变,而在其上部发生蒸发相变;表观气速越大,液相流率越小,相交转折点愈加提前:在研究范围内,高温气体的冷却效果与表观气速、静态液位、空气的含湿量以及液相流率有关。一般中文摘要
—————————————————————————————————————————————————————————————一来说,表观气速越小,液位越高,含湿量越小,液相流率越人,冷却效果越好。关键词:洗涤冷却室;流体体积法:鼓泡床;气泡特性;传热传质:破泡板东南大学硕:宦畚
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