颗粒轨道模型用于烟气脱硫喷淋塔两相流数值模拟

以FLUENT软件为计算工具,采用Euler-Lagrange方法模拟喷淋塔内部气液两相流动.气相用标准k-ε湍流模型描述,喷淋液滴用颗粒轨道模型描述.综合考虑颗粒受力分析、颗粒湍流扩散以及气液两相耦合3方面影响因素对颗粒轨道模型进行设置,从液滴粒径分布、液滴出口速度、喷淋夹角3个方面对喷嘴射流源进行精确定义.模拟结果表明:喷淋塔内轴向气速分布均匀;中空锥形的喷嘴设计使喷淋液形成伞状雨帘,有效防止烟气短流;塔内液滴浓度分布存在中间高、边缘低的问题,可通过改进喷嘴布置方案加以改进;颗粒轨道模型能够较好地预测喷淋塔内两相流动.     

旋流式脱水器分离最小水滴理论计算

介绍了旋流式的构造和工作原理,分析了影响性能的因素。通过对脱水器构造的剖析,找出叶片形状影响脱水效果的关键所在,从理论分析入手,推导出旋流式脱水器分离最小直径水滴的计算方法,并根据工程实践进行了检验。工程实践表明,实际应用效果与理论计算相符合。     

湍流效应对雨滴表面粒子捕集过程的影响

为考察湍流运动对捕集效率的影响,本文在不同湍流强度下分别模拟了4种直径雨滴对不同粒径粒子的捕集过程,根据湍流场中粒子捕集过程的特征,通过引入碰撞概率的概念,重新定义了适用于湍流状态下捕集效率的计算公式,并在此基础上分析研究了湍流捕集效应对捕集效率的影响.结果表明,所有粒径粒子的碰撞概率分布特征都会受到背景湍流强度的影响,尤其对5μm及以下粒子影响明显.湍流捕集效应对捕集效率的影响与粒子密度和粒径直接相关与雨滴尺寸无关.     

机动车尾流区CO2扩散特征的数值分析

为了研究车辆运动过程中尾流区排放污染物的扩散情况,通过CFD软件FLUENT 6.1.22TM中湍流模型和组分输运方程对单辆货车尾流区内的气流速度、湍流动能和排气管排放的CO2浓度的分布进行了模拟.通过模拟结果与风洞实验的数据对比验证了模拟结果的适用性.分析了车速,排气管出口温度和湍流动能对货车尾流区内CO2扩散过程的影响,结果表明,由于出口直径和流速相对较小,排气管射流对尾流区流场的影响不明显;在排气管出口处CO2的浓度梯度最大,且随着与车尾距离的增加浓度迅速减小;尾流区内CO2在x、y、z3个方向上的浓度变化速度均随车速的增加而增加;且在尾流区内相同位置处.车速越大CO2浓度越低;排气管出口与外部环境温差对污染物扩散的影响仅局限于距离车尾0.75倍车长范围内;湍流动能最大值出现在尾流区内,有利于CO2的稀释和扩散.     

离心旋流式喷嘴雾化特性实验研究

目的进一步优化低温多效蒸馏技术中的喷淋布液方式,提高海水淡化换热效率。方法采用马尔文激光粒度分析仪、高速摄像机和翻转水量仪对不同口径的CJ-9型离心旋流式喷嘴进行研究。结果同一口径的喷嘴,随着水流压力的增加,液滴粒径分布的均匀性显著提高。随着水压的增加,同一个喷嘴液体破碎的纹路变密,同时液膜破碎的长度变短,破碎效果越好,雾化性能越好。同一口径的喷嘴,入口压力越大,其边缘流峰值越高,空心化率现象越明显。同一压力下不同口径的喷嘴,口径越大,其形成双波峰的跨度越短;同一口径的喷嘴,入口压力越大,其形成双波峰的跨度越长,其边缘流峰值越高。结论液滴粒径分布的均匀性随着水压的增加或孔径的减小而显著提高,喷淋密度在直径方向上存在两个峰值,运用"峰谷叠加"原理,来满足低温多效蒸发器布液均匀的整体要求。     

布朗扩散对颗粒床过滤的影响

在实验的基础上 ,得到了计算单个颗粒扩散收集效率的经验方程式。结果表明 ,气溶胶粒子的粒径越小 ,布朗扩散越显著 ;气体流速的增加不利于粒子的扩散沉积 ;过滤介质的粒径越小 ,粒子的扩散沉积效应越高 ,穿透率也就越低。     

板式电除尘器多物理场耦合数值分析

为理解电除尘器除尘机理,文章采用Fluent软件对实验室板式电除尘器进行仿真模拟,分析了多场耦合作用下流体流动特性和粉尘运动过程。电场特性考虑了电晕放电过程,并研究了电流体动力学(EHD)流对流场的影响。结果显示:电晕放电后阴极线附近形成电晕区,电势在两电极间形成了一个交联的等势场,阴极线之间电场强度迅速减弱,连线中点处形成一个黑影区,电场强度几乎为零;在低流速下EHD流改变了流体湍流运动,当电场断面风速增加到1 m/s时,EHD流的影响可以忽略;在湍流扩散的影响下,粉尘运动距离增加,湍流剧烈;当电场断面风速越小、粒径越大、施加电压越大时,除尘效率越高,对粒径为6.9μm的粉尘最大捕集效率可以达到99.4%。     

桨叶埋深与液面高度对JBR内气-液混合影响的数值模拟

为了获得软锰矿浆烟气脱硫工艺的最佳运行工况,应用计算流体动力学(CFD)方法对其吸收设备——喷射鼓泡反应器(JBR)内气液两相流动进行了三维数值模拟.在FLUENT软件中采用标准k-ε湍流模型与Eulerian多相流模型模拟了喷射鼓泡反应器内流场和气液分散特性,并应用气含率方差的概念定量描述气相的分散程度.着重考虑了上桨埋深和液面高度对整体气含率与气含率方差的影响,并对气含率方差与上桨上下含气区高度比R的关系进行了分析.结果表明,流场的重要特征与前人的类似实验结果和数值模拟结果一致.上桨埋深与液面高度对JBR内整体气含率和气相的分布具有显著影响.整体气含率随上桨埋深的增加而减小,而随着液面高度的增加,整体气含率先增大后减小.气含率方差随上桨埋深的增加而增大,随高度比R的增大而减小.综合分析认为液面高度取260～280 mm为宜,以R约为2确定上桨埋深.     

受限空间小型急冷塔内喷雾蒸发的数值模拟

针对受限空间内小型急冷塔冷却水蒸发过程,运用计算流体力学(CFD)进行数值模拟,基于涡壳进气型急冷塔研究了喷嘴雾化粒径、喷射速度、喷射角度等喷嘴运行参数对急冷塔内蒸发过程的影响机制。结果表明:随着液滴粒径的增大,液滴蒸发时间、轴向以及径向蒸发距离均随之显著上升,粒径由40 μm增大至80 μm时蒸发时间增加了293%;当液滴喷射速度增加时,液滴的蒸发时间、轴向以及径向蒸发距离均有所下降,但增大至一定程度后其影响作用减弱;随着液滴喷射角度的增大,液滴蒸发时间及轴向蒸发距离减小,而径向蒸发距离无显著变化。因此,在急冷塔尺寸受限时选用70 μm以下的小雾化粒径喷嘴能够直接有效提升急冷塔的运行安全性。同时,与均匀进气型急冷塔相比,采用涡壳进气型急冷塔以及喷嘴成切圆布置方式能够在急冷塔上部形成湍流强化区域,喷嘴雾化粒径为80 μm时,轴向安全裕度可提升7%。该模拟结果可为小型化急冷塔的工程应用提供优化设计方案与运行指导参考。     

喷泉产生的细菌气溶胶空间分布特性

为阐明喷泉产生的细菌气溶胶空间分布特性,利用大肠杆菌NK5449作为试验菌株,通过喷泉喷洒试验,使用安德森六级空气采样器采集喷泉周围空间的细菌气溶胶,研究各级细菌气溶胶的浓度和粒径分布特征和变化规律,并分析其与液滴直径的相关性.结果表明,在高度0.75~1.75 m,距离喷头0.5~3 m的范围内,细菌气溶胶总浓度在(38±15)~(676±92)CFU·m-3之间,并随着高度的增加和与喷头之间水平距离的增大而逐渐降低,且与液滴直径呈显著负相关(P0.05);随着与喷头水平距离的增大,粒径大于4.7μm的细菌气溶胶粒子所占比例出现先降后升的变化趋势;而粒径在2.1~4.7μm之间的粒子所占比例则是先升后降.与喷头水平距离0.5 m以外的各点,细菌气溶胶粒子的粒径大都集中在1.1~4.7μm范围内.距离喷泉较远处的人吸入小粒径细菌气溶胶的风险不容忽视.     

室内颗粒物的稳态置换流净化机制

对室内颗粒物输运扩散进行了机理上的探讨.用时间空间尺度分析方法,把颗粒物通量分解为宏观平均运动δ尺度的平移滑移,湍流运动的η微尺度的湍流扩散,以及分子运动λ尺度的布朗运动4部分,得到颗粒物通量的系综平均表达式及模式计算表达式,并以此分析总结出提高室内颗粒物净化效率的方法,即低流速及低湍流度梯度.采用数值计算比较了稳态置换流与常规点状上进风上排风形成流场的区别,通过现场实测比较了不同方式安装稳态置换流装置的2个房间的颗粒物数浓度随时间变化,提出并应用剂量加权净化效率对净化效果进行了比较.结果表明,稳态置换流的维持弱正压、线状斜对边进排气口布局、低流速及低湍流度等做法能有效提高净化效率并降低能耗.     

紊动水体复氧规律研究

根据紊动扩散理论及气液界面质量传递过程，在对流场精确描述和对表面传质系数充分研究的基础上，建立了三维紊动水体复氧模型。模型充分考虑了流场及紊动特性对复氧影响。     

Multiphase chemistry in a microphysical radiation fog model—A numerical study

A microphysical radiation fog model is coupled with a detailed chemistry module to simulate chemical reactions in the gas phase and in fog water during a radiation fog event. In the chemical part of the model the microphysical particle spectrum is subdivided into three size classes corresponding to non-activated aerosol particles, small and large fog droplets. Chemical reactions in the liquid phase are separately calculated in the small and in the large droplet size class. The impact of the chemical constitution of activated aerosols on fogwater chemistry is considered in the model simulations. The mass transfer of chemical species between the gas phase and the two liquid phases is treated in detail by solving the corresponding coupled differential equation system. The model also accounts for concentration changes of gas-phase and aqueous-phase chemical species which are induced by turbulence, gravitational settling and by evaporation/condensation processes.Numerical results demonstrate that fogwater chemistry is strongly controlled by dynamic processes, i.e. the vertical growth of the fog, turbulent mixing processes and the gravitational settling of the particles. The concentrations of aqueous-phase chemical species are different in the two droplet size classes. Reactands with lower water solubility are mainly found in the large droplet size class because the characteristic time for their mass transfer from the gas phase into the liquid phase is essentially longer than the characteristic time for the formation of large fog droplets. Species with high water solubility are rapidly transferred into the small fog droplets and are then washed out by wet deposition before these particles grow further to form large droplets. Thus, the concentrations of the major ions (NO₃⁻, NH₄⁺) are much higher in small than in large droplets, yielding distinctly lower pH values of the small particles. In the present study the reaction of sulfur with H₂O₂ and the Fe(III)-catalysed autoxidation of S(IV) are the major S(VI) producing mechanisms in fog water. Most of the time the sulfur oxidation rates are higher in the large than in the small droplets. Fogwater deposition by gravitational settling occurs mainly in the large droplet size class. However, since in the small droplets the concentrations of chemical species with very good water solubility are relatively high, in both droplet size classes the total wet deposition of these reactands is of the same order of magnitude.     

浓缩型入口下排气旋风分离器流场和性能的数值计算

运用CFD方法,对浓缩型入口下排气旋风分离器内的气固两相流动进行了研究。计算中气相采用RNGk-ε湍流模型,颗粒相采用拉格朗日坐标系下的离散相模型。重点计算了分离器流场、分离效率及其阻力特性,结果表明,采用浓缩入口后分离器内流场发生明显改变,分离器上部切向速度明显提高,有利于大颗粒的分离。同时通过对不同浓缩结构旋风分离器的分离效率和阻力特性进行分析比较,为工程设计提供了依据。     

硼铁合金烟气净化喷淋塔气液两相流数值模拟

基于计算流体力学(CFD)技术,采用fluent软件平台,针对某硼铁合金厂烟气处理系统中现有设计参数及操作条件下喷淋塔内部流场进行了三维数值模拟分析,对有无喷淋条件下的烟气流场分布进行了对比,另外还分析了喷淋压力,烟气进口速度,以及液滴分布对气液流场分布的影响。较高的喷淋压力和较低的烟气速度有利于气液两相间的传质,液滴的分布也影响着气液两相的传质效率。     

高含盐污水雾化蒸发塔的设计及流场数值模拟

针对含盐量为7×104mg/L的油田高含盐污水,设计1套处理量为28.8 kg/h的雾化蒸发塔,估算出塔体高度及直径,从而得出适宜的进口空气流速。基于标准k-ε双方程模型和DPM模型,对所设计的雾化蒸发塔内液滴蒸发过程进行数值模拟,得到塔内流场分布特性及蒸发特性,通过随机轨道模型追踪了液滴颗粒运动轨迹及液滴Na Cl浓度变化。在算例工况下,塔内蒸发效率可达58.9%。     

Chemical composition differences in fog and cloud droplets of different sizes

The distribution of acidity and solute concentration among the various droplet sizes in a fog or cloud and the effect of the evaporation-condensation cycle on the composition and size distribution of atmospheric aerosol is studied. Significant total solute concentration differences can occur in aqueous droplets inside a fog or cloud. For the fog simulated here, during the period of dense fog, the solute concentration in droplets larger than 10 μm diameter increased with size, in such a way that droplets of diameter 20 μm attain a solute concentration that is a factor of 3.6 larger than that in the 10 μm droplets. Droplets on which most of the liquid water condenses have access to most of the reacting medium for in situ S(IV) oxidation and are therefore preferentially enriched in sulfate. The gas and aqueous-phase chemical processes result in an increase of the total solute mass concentration nonuniform over the droplet spectrum for a mature fog. These chemical processes tend to decrease the total solute mass concentration differences among the various droplet sizes. Low cooling rates of the system also tend to decrease these concentration differences while high cooling rates have exactly the opposite effect. The mass/size distribution of the condensation nuclie influences quantitatively, but not qualitatively, the above concentration differences.     

烟气温度对电除尘器性能影响的数值模拟

采用计算流体动力学（CFD）软件对电除尘器进行三维数值模拟研究,通过自定义函数（UDF）实现电场、流场、颗粒场和温度场的4场耦合,研究烟气温度对电除尘器电场特性、流场特性和除尘效率的影响.结果显示：入口烟气质量流量相同时,当烟气温度从20℃上升到400℃时,平均电场强度从4.9×10⁵V/m减小到1.4×10⁵V/m,平均板电流密度从0.971mA/m²降至0.261mA/m²,但板电流密度分布的均匀性逐渐变好;烟气温度上升平均湍流强减小,离子风效应也随之减小.当入口烟气体积流量相同时,随着烟气温度的增加,颗粒运动轨迹线拉长,整体的颗粒捕集效率减低.降低烟气温度可以有效提高电除尘器的除尘效率.     

旋流气浮工艺接触区气泡-颗粒碰撞理论研究

为了对旋流气浮过程中的动力学行为和气浮分离效率进行准确预测,在借鉴重力场下气泡-颗粒碰撞模型建立方法的基础上,考虑旋流气浮的特点,首次将表征流态的雷诺数引入到各种碰撞过程中,推导建立了旋流气浮接触区的气泡-颗粒碰撞效率模型.理论模型显示:低强度旋流气浮工艺中气泡-颗粒的各种碰撞效应主要与雷诺数、气泡和颗粒直径有关.当颗粒直径接近于分子直径时,即直径为1nm时,碰撞主要受扩散碰撞所控制;当颗粒在1~10nm之间时,碰撞主要受扩散碰撞和离心沉降效应的共同作用所控制;当颗粒在10nm~1μm时,碰撞主要受离心沉降效应所控制;当颗粒大于1μm时,碰撞将受截留效应、离心沉降效应和惯性效应联合作用.该模型能够准确预测旋流气浮过程中的动力学行为和分离效率,为旋流气浮工艺的实际应用提供一定的理论依据.