气-液-固三相流数值模拟研究进展

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化学反应工程(第九章气-液-固三相反应工程)

加了液相，增加了气体反应组分通过液相的扩散阻力。
易于更换、补充失活的催化剂，但又要求催化剂耐磨损。使用三相流化床或三相携带床时，则存在液-固分离的技术
问题，三相携带床存在淤浆输送的技术问题。
3. 气、液并流向上休系的操作流型颗粒运动基本操作方式：固定床、膨胀床（悬浮床）、输送床（携带床）。液体介质的液固系统中固体颗粒终端速度ut：
采用多孔固体催化剂时，可以定义两种润湿率： ①内部润湿或空隙充满率。 ②外部有效润湿率。
图9-6 催化剂颗粒间的液囊和流动膜
4. 床层压力降
单相气体通过固定床的压力降与气体的流速和物性、催
化剂的粒径、形状及催化剂的装填状况等因素有关，可用Ergun式作为计算固定床压降的基本方程。并未计入破碎、积炭、物流中的固体杂物沉积和床层下沉等因素致使随操作后期压力降增加，因此工业反应器开工初期的压力降可称为床层固有压力降。气、液并流下向下滴流床反应器的床层固有压力降，还应考虑液体以液膜的形式在催化剂颗粒表面间流动形成
床层宏观反应动力学91气液固三相反应器的类型及宏观反应动力学92三相滴流床反应器93机械搅拌鼓泡悬浮三相反应器9497压力对三相悬浮床反应器操作性能的影响95气液并流向上三相流化床反应器96三相悬浮床中的相混合98气液固三相悬浮床反应器的数学模型99讨论与分析图95气液井流滴流床流动状态与操作条件气液并流向下固定床内气体和液体的流动状态可以分为稳定流动滴流区脉冲流动区和分散鼓泡区如图95流动状态一气液并流向下通过固定床的流体力学气液稳定流动滴流区当气速较低时液体在颗粒表面形成滞流液膜气相为连续相这时的流动状态称为滴流状
rA, g dNA/dVR k AG a(cAg c Aig ) kALa(cAiL c AL ) kAS Se(c AL c AS ) kwSeρ sw c AS ζ 向气－液界面传质速率向液相主体传质速率向催化剂外表面传质速率催化剂内的扩散 - 反应速率

基于气液两相流模型的水轮机数值模拟研究进展

能满足人们对深入分析水轮机性能的要求，因此更贴近实际、结果更准确的基于气液两相流模型的数值模拟越来越受到人们的关注。介绍了气液两相流动的主要计算模型，述近年来国概内外水轮机气液两相流数值模拟进展，重点阐述在其应用于水轮机空化性能、水管压力脉动尾
第１８卷第４期
２１０２年４月
水利科技与经济
ＷａｅｎｓｒａｃｃｅｃｎｃｎｌｇｎｄＥｃｎｍｙｔｒＣｏｅｖｎｙＳｉｎｅａｄＴｅｈｏｏｙａｏｏ
Ｖｏ．１Ｎｏ４１８．Ａｐ．，０１ｒ２２
基于气液两相流模型的水轮机数值模￣０究进展ｖ１Ｘｘ
冯俊，郑源
（海大学能源与电气学院，京河南２１０）１１０
［要］随着水电站机组容量不断增大和计算机技术的飞速发展，统的数值模拟手段已不摘传
ＳｕｆＷａｅｔｄｙｏｔｒＴｕｒｉｅＳＧａｂｎｓ—ＬｉｉｑｕｄＴｗｏ —Ｐｈｓａｅ
ＦｌｗｓｄＮｕｍｅｉａｍｕａｉｎｏＢａｅｒｃｌＳｉｌｔｏ
ＦＮＧＪｎ，ＺＮＧＹｕｎＥｕＨＥａ
ｐｓｔｎｕｌａｉｏ
效率、化性能和稳定性是影响水力机械机组性能空的３项指标。目前，轮机的效率最高已经达到９％，水５而

天然气水合物输送管道气液固三相流运动特性分析

天然气水合物输送管道气液固三相流运动特性分析作者：吴官纪潘振陈保东杨帆来源：《当代化工》2015年第11期摘要：气液固三相流动是多相流体力学中非常重要和难以解决的问题之一。

目前对于多相流的研究，重点还在于两相流，对三相湍流流动正在开展和进行中。

在气液两相流流动的基础上，增加天然气水合物固相。

分析固相的加入对流体压力、密度、体积等参数产生的影响，使天然气水合物的研究更加深入。

在气液固三相流模拟中，通过改变天然气固体颗粒直径、密度来研究天然气水合物三相流体参数的变化，而三相流体参数的变化反过来又会影响天然气水合物的颗粒直径，在实际开发中难以达到的情况下，利用数值模拟可以具体反映二者的变化关系，为以后天然气水合物的开发提供了更精确的数值及合适的开采方案。

关键词：天然气水合物；气液固三相流；数值模拟中图分类号：TE 832 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2015）11-2648-04Analysis of Movement Characteristics of Gas Liquid Solid Three-phaseFlow in Natural Gas Hydrate Transportation PipelineWU Guan-ji，PAN Zhen，CHEN Bao-dong，YAN Fan（College of Petroleum Engineering，Liaoning Shihua University， Liaoning Fushun 113001，China）Abstract： Gas liquid solid three phase flow is one of very important and difficult problems in multiphase fluid mechanics. The present study on multiphase flow is mainly two-phase flow； study on the three-phase turbulent flow is being carried out. In this paper， on the basis of gas-liquid two-phase flow， natural gas hydrate phase was added， effect of adding solid phase on the fluid pressure， density， volume and other parameters was analyzed. In the gas liquid solid three-phase flow simulation， by changing the solid particle diameter and density parameter， the change of natural gas hydrate three-phase fluid was studied as well as effect of three-phase flow parameters change on gas hydrate particle diameter. The numerical simulation can reflect the changes of the relationship between them， which can provide more accurate data and suitable mining plan for future development of natural gas hydrate.Key words： Natural gas hydrate； Gas liquid solid three-phase flow； Numerical simulation随着经济的不断发展，能源问题日益凸显，石油和煤等传统的能源日益枯竭，这就要求我们寻找和探索新的可替代能源。

气—液—固三相逆流化床热量传递研究

气—液—固三相逆流化床热量传递研究作者：丁洁来源：《当代化工》2016年第02期摘要：在内径0.152 m，高2.5 m的气-液-固三相逆流化床中系统研究了热量传递特性特性。

获得了气体和液体速度及聚乙烯和聚丙烯颗粒密度对内置加热器与床层间热量传递系数的影响规律。

研究结果表明密度相对高的聚乙烯颗粒的逆流化床的热量传递系数比密度相对低的聚丙烯颗粒的逆流化床的热量传递系数大；随着气体速度的增加，热量传递系数增加。

然而，随着液体速度增加，热量传递系数具有最大值。

在热量传递系数达到最大值时对应的液体速度随着颗粒密度或气体速度的增加而降低。

关键词：逆流化床；传热系数；传递中图分类号：TQ 051.6 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2016）02-0253-03Study on Heat Transfer in Gas-Liquid-Solid ThreePhases Inverse Fluidized BedDING Jie（Qingdao Technical College， Shandong Qingdao 266555， China）Abstract： A gas-liquid-solid three phases inverse fluidized bed with 0.152 m diameter and 2.5 m height was employed to investigate the characteristics of heat transfer. Effect of gas and liquid velocities and particle density （polyethylene and polypropylene） on the immersed heater-to-bed heat-transfer coefficient was determined. The results show that the heat-transfer coefficient in two- and three-phase inverse fluidized beds with relatively high density particles （polyethylene） is higher than that in the beds with relatively low density particles （polypropylene）. The heat-transfer coefficient increases with increasing of gas velocity. However， it exhibits the maximum value with increasing of liquid velocity in liquid-solid as well as three- phase inverse fluidized beds. The liquid velocity decreases with increasing of particle density or gas velocity when the heat-transfer coefficient reaches to the maximum value.Key words： Inverse fluidized bed； Heat-transfer coefficient； Transfer逆向流化过程是一个非常重要的研究技术，目前在生物化工、生物过程、食品、环境以及石油化工过程等领域的应用得到迅速广泛的关注[1-3]。

液—固水力旋流器两相流动数值模拟研究进展

液—固水力旋流器两相流动数值模拟研究进展液—固水力旋流器广泛应用于各个行业，如石油化工、选矿、造纸、医药卫生、环境保护和食品等。

近年来，随着各工业领域的不断发展，对液固分离技术与装备提出了新的挑战和更高的要求同时，为了适应当今不断高涨的降低能耗的要求，目前迫切需要开发出高分离速度、高脱水度、高分离精度的高性能液—固分离技术然而，由于实验条件的限制，单纯通过实验来研究旋流器的性能不仅周期长而且费用高，如果辅助以理论分析计算和流场模拟等方法来研究旋流器内部流体流动规律，以及结构尺寸变化对分离性能和压力特性的影响等，则可缩短研究周期和实验费用，具有重要的理论研究和工程应用价值。

液—固水力旋流器结构及工作原理图1所示为典型的液—固旋流器，主要由进料口、溢流口、底流口和器壁组成。

其工作原理为，当液体高速旋转受离心力作用时，轻相向轴心迁移，从溢流口排出，重相向壁面运动，由底流口排出，从而实现轻相( 液) 和重相( 固) 分离的目的。

图1 典型液—固旋流器两相流场数值模拟研究进展液—固水力旋流器中液固分离的问题在数值模拟中定义为液体和固体不相容的两相流问题。

由于液固两相之间的相互作用和每一相的运动，传热传质和反应等的影响，颗粒相的模拟基本分为两类：一类是Euler方法，该方法除将流体作为连续介质外，把颗粒群也作为拟连续介质或拟流体，设其在空间有连续的速度和温度分布及等价的输运性质( 粘性扩散导热等) ；另一类是Lagrange方法，该方法把流体作为连续介质，而将颗粒群看作离散体系，并以此来探讨颗粒动力学颗粒轨道等基于这两种方法，研究者采用了不同的模型对旋流器内的两相分离过程进行了模拟研究。

K T Hsien和R K Rajamani( 1991)根据颗粒的受力平衡，用代数逼近法求出固体颗粒的滑移速度和轨迹，P He，M Salcudean和I S Gartshore(1997 )分别用二维和三维模型计算了旋流器的分离效率。

气液两相流的数值模拟研究

气液两相流的数值模拟研究一、前言气液两相流在化工、石油、医药、环境等领域有着广泛的应用。

受复杂流体力学问题和实验难度大的限制，气液两相流的数值模拟成为研究的主要手段之一。

本篇文章将探讨气液两相流数值模拟的现状和发展方向。

二、气液两相流模型气液两相流的数值模拟是指通过计算机数值模拟方法对气液两相流的过程进行计算预测的过程，模型选择和建立是数值模拟的关键环节之一。

1.流体动力学模型流体动力学模型主要考虑流场的宏观特性，流体视为连续介质，方程组包括质量守恒、动量守恒和能量守恒等方程。

此模型适用于微尺度气泡和液滴数较少的情况。

2.多相流动模型多相流动模型将气液两相作为两种不同的物理介质，其流动是非连续性的，不同于单相流动模型，需要考虑多个相之间流动的交互作用。

常用的多相流动模型有界面追踪法、Euler-Euler方法、Euler-Lagrange方法等。

3.离散元模型离散元模型主要考虑颗粒间相互作用，颗粒被视为刚体，通过颗粒间作用力学来描述粒子移动、碰撞、断裂等运动过程。

此模型适用于凝聚、粘附、颗粒运动较多的气液两相流。

三、气液两相流数值模拟方法气液两相流的数值模拟方法有多种，以下为常用的数值模拟方法。

1.有限体积法有限体积法将流场分为小的控制体，以格子中心的物理量来表示流场特征，并通过有限差分方式离散处理控制体边界，二次精度和高精度的算法可以在模拟气液两相流时减少精度误差。

2.有限元法有限元法将计算区域分解为无限小的单元，用连续物理场的试验函数来描述流场，通过离散计算相邻单元之间的交互作用来求解流场。

此方法适用于多物理场耦合问题。

3.格子Boltzmann方法格子Boltzmann方法将流体粒子离散在格子上，通过Boltzmann方程来描述流体的运动，通过背反演逆过程将宏观流场转换为微观状态，再根据微观状态模拟宏观流场，其有优秀的高精度和高效性能，但对于多相流有一定局限。

四、气液两相流数值模拟的进展气液两相流数值模拟在几十年的发展中，已经得到了较大的进展，但仍有一些问题亟待解决。

固液混合过程的数值模拟及实验研究

固液混合过程的数值模拟及实验研究许叶龙;刘迎圆;惠虎;於晔鸿【摘要】基于计算流体动力学(CFD)方法,对搅拌槽中的固液混合过程进行数值模拟,研究不同转速下固液相的分布规律,并得到固体颗粒完全离底悬浮的临界转速.结果表明,对于平直叶涡轮式搅拌器,当安装高度为100 mm时,随着涡轮式搅拌器转速的逐渐增大,槽底的中心沉积区逐渐减小,固体颗粒在300 r/min的转速下达到完全离底悬浮;对于斜叶涡轮式搅拌器,固体颗粒在250 r/min的转速下达到完全离底悬浮.通过与实验结果比较,可以认为CFD方法能够较好地还原搅拌过程.此外,通过改变搅拌器叶片的角度以及搅拌器的安装位置,明确了斜叶涡轮式搅拌器更适合固液混合体系,并且在安装高度为直径的0.5～0.8倍时,能够在较低的临界转速下,使固体颗粒达到完全离底悬浮,明显降低搅拌功耗,具有良好的经济效益.【期刊名称】《华东理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(045)004【总页数】6页(P675-680)【关键词】固液混合;临界转速;安装位置;搅拌实验【作者】许叶龙;刘迎圆;惠虎;於晔鸿【作者单位】华东理工大学机械与动力工程学院,上海 200237;上海师范大学信息与机电工程学院,上海 200234;华东理工大学机械与动力工程学院,上海 200237;华东理工大学机械与动力工程学院,上海 200237【正文语种】中文【中图分类】TQ027.3搅拌操作是应用最广的过程单元操作之一，它在化工、医药、食品、采矿、造纸、涂料、冶金、废水处理等行业中，用来实现物料的混合、传热、传质及制备悬浮液等[1]。

固液悬浮操作是借助搅拌器的作用，将颗粒分散到液体中，形成固液混合物，增强固液相间的传质传热[2]。

在工业操作中，防止固态颗粒沉积，使其在液相中达到悬浮状态，是搅拌操作的一个重要目的。

迄今为止，关于固液悬浮的研究已取得了一定的经验成果。

纪凤翰等[3]依据几何相似原则，建立了3级带搅拌的冷模设备，研究了固体颗粒在液体中的流动与分散情况、搅拌转速、挡板的设置以及叶轮在釜中的插入深度对固体分散的影响。

基于气液两相流模型的水轮机数值模拟研究进展_冯俊

2012年4月Water Conservancy Science and Technology and Economy Apr.，2012［收稿日期］2011－12－19［基金项目］国家自然科学基金(51076041)［作者简介］冯俊(1988－)，男，湖南长沙人，硕士研究生，从事流体机械工程的研究;郑源(1964－)，男，山东日照人，教授，博士生导师，从事流体机械工程及水利水电工程的研究.基于气液两相流模型的水轮机数值模拟研究进展冯俊，郑源(河海大学能源与电气学院，南京211100)［摘要］随着水电站机组容量不断增大和计算机技术的飞速发展，传统的数值模拟手段已不能满足人们对深入分析水轮机性能的要求，因此更贴近实际、结果更准确的基于气液两相流模型的数值模拟越来越受到人们的关注。

介绍了气液两相流动的主要计算模型，概述近年来国内外水轮机气液两相流数值模拟进展，重点阐述在其应用于水轮机空化性能、尾水管压力脉动等方面的研究成果和应用前景，并对需要进一步深入研究的问题及研究中应遵循的一些原则作出初步探讨。

［关键词］气液两相流;水轮机;数值模拟;空化;压力脉动［中图分类号］TV74［文献标识码］A［文章编号］1006－7175(2012)04－0004－04Study of Water Turbine's Gas －Liquid Two －PhaseFlow Based Numerical SimulationFENG Jun ，ZHENG Yuan(The College of Energy and Electrical Engineering HoHai University ，Nanjing 211100，China )Abstract :With the development of water turbines'capacity and computer technology ，people start to focus on the need for accurate numerical simulation to analyse turbines'internal flow.The Gas －Liq-uid two －phase flow model which is closer to actual is now drawing more and more attention from people.This article will be followed by a brief instruction of main Gas －Liquid two －phase flow mod-els and an overview of latest international progress of water turbine's Gas －Liquid flow based numeri-cal simulation.Details on applications in water turbines'cavitation and draft tube's pressure pulsation are described in later sections.Finally ，it shows a discussion on problems and methods to solve them.Key words :gas －liquid two －phase flow ;water turbine ;numerical simulation ;cavitation ;pressure pulsation效率、空化性能和稳定性是影响水力机械机组性能的3项指标。

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机技术的高速发展而兴起的数值模拟计算日益成为研究此类问题的重要途径本文系统的对近几十年来数值模拟在该领域的发展进行了综述。首先依据模拟尺度的不同，阐述了当前的主要模拟手段：欧拉法、拉格朗日法和直接数值模拟法接着分别对这三类方法展开了详细的介绍，指出欧拉法与拉格朗日法都能开展工业级计算，但精度依赖于本构方程；直接数值模拟法能够捕捉局部界面变化细节，但需要十分精细的网格。
最后本文对该领域的研究前景进行了展望。［关键词】气一液一固三相流；欧拉法；拉格朗日法；直接数值模拟法［中图分类号］ＴＱ０１８【文献标识码］Ａ
［文章编号］１００７ — １８６５（２０１７）０３－００９１－０２
ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ（Ｅｕｌｅｒｉａｎｍｅｔｈｏｄ，ＬａｇｒａｎｇｉａｎｍｅｔｈｏｄａｎｄＤＮＳｍｅｔｈｏｄ）ａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｃａｌｅＴｈｅｎｔｈｅｓｅｔｈｒｅｅｍｅｔｈｏｄｓａｒｅｅｘｐｌａｉｎｅｄｉｎ
（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓ，ＣｈｉｎａＡｃａｄｅｍｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＰｈｙｓｉｃｓｉｎａ）
ｄｅｔａｉｌｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．ＩｔｗａｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｂｏｔｈＥｕｌｅｒｉａｎｍｅｔｈｏｄａｎｄＬａｇｒａｎｇｉａｎｍｅｔｈｏｄｃａｎｂｅｕｓｅｄｆｏｒｉｎｄｕｓｔｗｓｃａｌｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｂｕｔｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｉｓｈｉｇｈｌｙｒｅｌｉｅｄｏｎｔｈｅｉｒｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｅｑｕａｔｉｏｎｓ；ｔｈｅｌｏｃａｌｉｎｔｅｒｆａｃｅｖａｒｉａｔｉｏｎｃａｎｂｅｃａｐｔｕｒｅｄｂｙＤＮＳｍｅｔｈｏｄ，ｂｕｔｉｎｆｅｇｉｄｒｓａｒｅｉｎｎｅｅｄ．Ｉｎｔｈｅｅｎｄｏｆｔｈｉｓｐａｐｅｒ．ｔｈｅｆｕｔｕｒｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｉｓａｌｓｏ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｇａｓ — ｌｉｑｕｉｄ－ｓｏｌｉｄｔｈｒｅｅ — ｐｈａｓｅｒｅａｃｔｏｒｓａｒｅｗｉｌｄｌｙｕｓｅｄｉｎｍａｎｙｉｆｅｌｄｓｏｆｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｒｕｎ．ｔｈｕｓｉｔｉｓｉｍｐｏｔａｒｎｔｔｏｒｅｓｅａｒｃｈｔｈｅｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｇａｓ — ｌｉｑｕｉｄ ‘ ｓｏｌｉｄｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅｌｏｆｗｓ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｈａｓｂｅｅｎｐｌａｙｉｎｇａｖｉｔａｌｒｏｌｅｉｎｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｓｕｃｈｐｒｏｂｌｅｍｄｕｅｔｏｔｈｅｈｉｇｈ — ｓｐｅｅｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｃｏｍｐｕｔｅｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙＴｈｅｐｒｏｇｒｅｓｓｅｓｉｎｔｈｉｓｉｆｅｌｄｂｙｕｓｉｎｇｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄａｒｅｒｅｖｉｅｗｅｄｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙｆｏｒｔｈｅｌａｓｔｓｅｖｅｒａｌｄｅｃａｄｅｓ．Ａｔｉｆｒｓｔ，ｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｍａｉｎｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
ＲｅｓｅａｒｃｈＳｔａｔｕｓｏｆＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＴｈｒｅｅ — ｐｈａｓｅＦｌｏｗｓ
ＪｉａｎｇＨｏｎｇ，ＬｉｕＣｈｕｎｙｕ
２０１７年第３期
广
东
化
工
９ｌ
第４４卷总第３４１期
ＷＷＷ．ｇｄｃｈｅｍ．ｃｏｍ
气一液．固三相流数值模拟研究进展
蒋宏，刘春雨
（１｝ｊ国工程物理研究院材料研究所，四川汀油６２１９０８）［摘要】气液－Ｎ－－相反应器广泛的应用于工业生产的诸多领域，因此对该系统中气液一固三相流动行为的研究具有重要的意义。随着计算