几种化工及冶金反应器内多相流动传输现象的模拟研究

【摘要】：多相流普遍存在于化工及冶金反应器中,多相流传输现象的研究对正确理解反应器内部过程、指导反应器设计和生产实践均具有重要的意义。 论文在综合分析CFD,尤其是多相流CFD数值模拟方法的基础上,采用欧拉多流体多相流CFD方法,耦合单元过程物理模型(如夹杂物颗粒碰撞等模型),利用通用商业软件CFX4.4与自编子程序相结合的手段,对所给出的几种反应器内的多相流传输现象进行数值模拟研究,并进行了实验验证。研究对象主要有:钢铁连续铸造中间包、转炉型铁合金精炼过程侧吹转炉、化工连续重整用的径向移动床反应器。主要的研究内容和特点有以下三点: (1)中间包内流动和夹杂物控制研究 采用底吹气的方式对中间包内的流体流动和夹杂物去除进行控制。 采用自行设计的底吹气装置,对底吹气中间包进行了水模型实验研究。成功地研究了底吹气对中间包内流体流动形式、中间包平均停留时间、死区体积分率等的影响,并对底吹气位置进行了参数研究。结果表明,底吹气有利于改善中间包内的流场、提高中间包平均停留时间、降低死区体积分率;底吹气能够在中间包内形成“气幕挡墙”;选择吹气位置B2更有利于改善中间包内的流场;中间包底吹气并不一定需要大的气体流量。 建立了气-液两相多流体CFD模型和多相示踪剂传输模型,对底吹气中间包内的气液两相流动、示踪剂的传输行为进行了数值模拟研究。考察了不同底吹气位置和气体流量对改善中间包流动形式和停留时间分布的影响。结果与水模型实验相吻合,进一步证实了底吹气对中间包流动控制的效果。 成功地采用气-液两相多流体模型,耦合对流扩散标量传输方程,对底吹气中间包内气-液-固三相体系中的夹杂物传输行为进行数值模拟。数值模拟中,采用自编子程序描述夹杂物上浮、颗粒长大、气泡吸附等传输行为,自编子程序与主程序CFX4.4通过子程序接口进行耦合。详细研究了夹杂物颗粒大小、颗粒碰撞、气泡吸附等对夹杂物传输和去除率的影响。结果表明,不考虑碰撞的情况下,小颗粒夹杂物的去除较