基于Fluent的加氢反应器分配器流场数值模拟研究

合集下载

基于FLUENT的管壳式换热器流场的数值模拟与分析

基于FLUENT的管壳式换热器流场的数值模拟与分析

基于FLUENT的管壳式换热器流场的数值模拟与分析鲍苏洋(南京工业大学机械与动力工程学院,南京210009)摘要:通过简化管壳式换热器模型,采用非结构网格划分,选用κ-ε湍流模型,应用CFD 软件FLUENT 对壳程流体流动和传热过程进行了数值模拟,得到了不同折流板间距情况下壳程流体温度场、压力场以及速度场的分布情况。

分析了折流板间距对壳程流体流场分布、换热器传热速率以及压力损失的影响,并得出了进口流速与传热量和压力损失之间的关系。

模拟结果与理论研究结果相符合,对管壳式换热器的设计和改进有一定的参考价值。

关键词:化工机械; 换热器; 数值模拟; 温度场; 速度场; 压力场Numerical Simulation and Analysis of Flow Field in Shell-and-Tube Heat Exchanger Based on FLUENTSuyang BAO( School of Mechanical and Power Engineering,Nanjing University of Technology,Nanjing 210009,China)Abstract: By simplified the model of shell-and-tube heat exchangers,adopted the unstructured mesh,chose the κ-εturbulence model to gain the static temperature field,velocity field and static pressure field distribution of shell by taking numerical simulation of the shell side turbulent flow and heat transfer process with the CFD software FLUENT at different baffle spacing.Analyzed the effect of baffle spacing on the distribution of shell fluid flow,heat transfer rate and pressure drop,also acquired the relationship between inlet velocity and heat transfer rate,pressure drop.The simulation results consistent with the theoretical results of shell-and-tube heat exchangers,which can be a reference for the design and improvement of shell-and-tube heat exchangers.Key words: chemical machinery; heat exchanger; numerical simulation; temperature field; velocity field; pressure field0 引言换热器是石油化工行业广泛应用的工艺设备,换热器不仅能够合理调节工艺介质的温度以满足生产工艺的需要,同时也是余热回收利用的有效设备[1]。

反应器停留时间分布CFD数值模拟

反应器停留时间分布CFD数值模拟

3.边界条件,入口反应物质量分数为1,示踪剂为0
4.打开solution-control,取消示踪剂的方程,其他都选。图中示范的方法
5.在稳态条件下计算收敛
6.将稳态计算改为非稳态,general-time-transient
7.将入口示踪剂设定为1
8.打开示踪剂方程,关闭flow项,solution controls-equation
反应器中停留时间分布CFD模拟
做了好多便,感觉闭着眼睛都能Leabharlann 出来了,特把详细步骤拿来分享一下
1.脉冲法
步骤
1.fluent中导入反应器模型,检查网格,尺寸检查,若以mm绘制记得scale。
2.材料面板选取a.反应物b.示踪剂(注:示踪剂选取原则),两者形成mixture混合物,混合的density选取volume-mixed-weighting-law。
9.建立一个监视面,如下所示
10.迭代一个时间步
11.将入口示踪剂再改为0
12.计算直到收敛。
13.利用反应工程里的公式计算平均停留时间和E(T)
特别注意,fluent得到的是t-C(t)曲线。Species-species-transport记得打开,但不要加反应。

反应器内流动场的数值模拟研究

反应器内流动场的数值模拟研究

反应器内流动场的数值模拟研究在化学工程、生物工程等众多领域中,反应器是实现物质转化和能量传递的关键设备。

而反应器内的流动场特性对于反应过程的效率、产物的质量和产量等方面都有着至关重要的影响。

因此,对反应器内流动场进行深入研究具有重要的理论意义和实际应用价值。

数值模拟作为一种有效的研究手段,能够在不进行实际实验的情况下,预测反应器内流动场的分布情况,为反应器的设计、优化和操作提供重要的参考依据。

通过建立合理的数学模型和采用适当的数值计算方法,可以模拟出反应器内流体的速度、压力、温度等物理量的分布,从而揭示流动场的内在规律。

在进行反应器内流动场的数值模拟时,首先需要对反应器的几何结构进行精确的描述。

这包括反应器的形状、尺寸、进出口位置等信息。

同时,还需要确定流体的物理性质,如密度、粘度等。

这些参数的准确性直接影响到数值模拟结果的可靠性。

数学模型的建立是数值模拟的核心环节之一。

常见的数学模型包括连续性方程、动量方程和能量方程等。

这些方程描述了流体的质量守恒、动量守恒和能量守恒原理。

为了更好地模拟实际情况,还需要考虑流体的湍流特性、化学反应等因素。

在湍流模拟方面,常用的模型有 kepsilon 模型、雷诺应力模型等。

对于涉及化学反应的情况,则需要引入相应的反应动力学方程。

数值计算方法的选择也是至关重要的。

有限差分法、有限元法和有限体积法是常用的数值计算方法。

有限差分法简单直观,但对于复杂几何形状的适应性较差;有限元法在处理复杂几何形状和边界条件方面具有优势,但计算量较大;有限体积法在守恒性方面表现出色,适用于大多数流体流动问题。

在实际应用中,需要根据具体问题的特点选择合适的数值计算方法。

在完成数值模拟计算后,需要对结果进行详细的分析和评估。

通过可视化技术,可以直观地展示反应器内流动场的分布情况,如速度矢量图、压力云图等。

同时,还可以提取关键位置的物理量数据,进行定量分析。

例如,分析进出口的压力差、速度分布的均匀性等。

中低温煤焦油加氢反应器不同分配器中液体分布的CFD模拟

中低温煤焦油加氢反应器不同分配器中液体分布的CFD模拟

化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2023 年第 42 卷第 9 期中低温煤焦油加氢反应器不同分配器中液体分布的CFD 模拟罗成1,范晓勇2,朱永红1,田丰1,崔楼伟3,杜崇鹏1,王飞利1,李冬1,郑化安1(1 西北大学化工学院,陕西 西安 710069;2 榆林学院化学与化工学院,陕西 榆林 719099;3 西北化工研究院有限公司,陕西 陕西 710601)摘要:中低温煤焦油(LTCT )是一种高密度、高黏度的重质油品,加氢处理是对其清洁化利用的重要手段,其过程主要在滴流床反应器(TBR )内完成。

气液分配器作为TBR 中的重要部件,影响着反应器中催化剂床层的表现。

本文建立了基于Euler-Euler 方法的计算流体力学(CFD )模型,并根据已报道的文献冷模实验结果完成模型验证,对LTCT 和氢气在4种分配器(泡罩型、多孔烟囱型、齿缝烟囱型和气提管型)中的流动进行了模拟,对比分析了分配器液相的分布、流动行为以及进出口压降;并且引入液体分布不均匀度(M f )概念,对4种分配器的气液分配效果进行了定量评价。

结果表明,LTCT 通过泡罩型分配器后的液相覆盖范围最广;泡罩型分配器在y =-200mm 截面处M f 为0.13,分配效果最好,且气液两相流集中现象不严重。

关键词:中低温煤焦油;滴流床反应器;分配器;两相流动;计算流体力学;模拟中图分类号:TQ051.1 文献标志码:A 文章编号:1000-6613(2023)09-4538-12CFD simulation of liquid distribution in different distributors inmedium-low temperature coal tar hydrogenation reactorLUO Cheng 1,FAN Xiaoyong 2,ZHU Yonghong 1,TIAN Feng 1,CUI Louwei 3,DU Chongpeng 1,WANG Feili 1,LI Dong 1,ZHENG Hua ’an 1(1 College of Chemical Engineering, Northwest University, Xi ’an 710069, Shaanxi, China; 2 School of Chemistry &Chemical Engineering, Yulin University, Yulin 719099, Shaanxi, China; 3 Northwest Research Institute of ChemicalIndustry, Xi ’an 710601, Shaanxi, China)Abstract: Medium-low temperature coal tar (LTCT) is a kind of heavy oil with high density and highviscosity. Hydrotreating is an important means for clean utilization of LTCT, which is mainly completed in trickle bed reactor (TBR). As an important component of TBR, the gas-liquid distributor affects the performance of catalyst bed in the reactor. In this paper, a computational fluid dynamics (CFD) model based on Euler-Euler method was established, and the model was verified according to the cold model experiment results reported in the literature. The flow of LTCT and hydrogen in four kinds of distributors (bubble cap, multiport chimney, slot chimney and vapor-lift tube) was simulated. The liquid distribution, flow behavior and pressure drop of the distributors were compared and analyzed. In addition, the concept of liquid maldistribution factor (M f ) was introduced to quantitatively evaluate the gas-liquid distribution研究开发DOI :10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1872收稿日期:2022-10-09;修改稿日期:2022-11-23。

基于Fluent软件的SABR反应器流场模拟

基于Fluent软件的SABR反应器流场模拟

( r )sf aepcaeFun. 1 u —s lmokpieet i oi o ow r. o p ti apor sibetet lha c' owr akg l t 11 l c e cu s rc dwt Slw r s, ae Acm u tnl rg m t l o s bi o t e efl a e h d k a o a ua a s
2 1 年第 3 00 6卷第 1 期 1
N v mb r2 l oe e 0 0
工 业 安 全 与环 保 I uta Sft adE vom n l rt tn n si a y n nin et o ci d rl e r aP e o
・ 3 ・
基 于 Fu n 软 件 的 S R 反 应 器 流 场 模 拟 * le t AB
wU C ud Z U G oeg X EQ i WA G Y n n LUⅪn hnu H uf I i e n N ami I g ( o ni n  ̄ ,J ns nes fE vom r i guU ir a t Z ejn 娜 hnag, i u2 21 ) 1O3
bok—s u trd meho o lxbd scmpldb h lc lc t cue s fc mpe o yi o i ytebok—s u trd meh d h df d k—e slntl ec d lad te r e l eue to .T emo ie r i p i  ̄ ne mo e n h o U sdn l igmehme o r sdt ec b h l w i h eet i s t d aeue ods r etef h i o nterat  ̄.T eoi hevlct y.pesr n ub lnep r r n ei h eco r n et- rsuea dtrue c e oma c nteratr eivsi f a gtd a ne l w t f0.7 ae tiltf r eo o a 2 6,0.2 4 0,0.4 80,1 6 0L h.t eutso sta le tcudeatysmuaed tie ifnnt no h .8 / hersl h w htFun ol xc i lt eal no ai fte l d o

加氢反应器气液分配器数值模拟与结构优化

加氢反应器气液分配器数值模拟与结构优化

摘 要:采用 Fluent软件对加氢反应器中单个泡 罩 分 配 器 的 流 体 力 学 性 能 进 行 模 拟,以 BL 型 气 液 分 配 器 为 基 础 构 型,通过改进其下降管和碎流板结构进行结构优 化。 结 果 表 明,改 进 的 气 液 分 配 器 构 型 与 原 BL 型 气 液 分 配 器 相 比,喷 洒 面积增大255%,不均匀度减小30.19%,压降增大73.63%,综合性能优于原 BL 型气液分配器。
收 稿 日 期 :20170911;修 改 稿 收 到 日 期 :20171208。 作 者 简 介 :侯 亚 飞 ,研 究 生 ,研 究 方 向 为 化 工 过 程 模 拟 与 优 化 。 通 讯 联 系 人 :孙 兰 义 ,Email:sunlanyi@163.com。
98
石 油 炼 制 与 化 工 2018年 第49卷
2 模 型 验 证
从 图 2 可 以 看 出 ,分 配 器 内 径 为 65 mm。
由 于 分 配 器 内 部 气 液 两 相 流 动 复 杂,因 而 选 择正确的计算模型 是 计 算 流 体 动 力 学 (CFD)计 算 的前提和 基 础,不 同 的 模 型 计 算 结 果 可 能 相 差 甚 大。中国石化石油 化 工 科 学 研 究 院 设 计 了直 径 500mm 的冷模实验装置,以 水 和 空 气 为 介 质 对 联 合油公司(UOC)开发的泡罩抽 吸 型 分 配 器 进 行 流 体力学性能的研究工作。实验过程中气体流量为 200m3?h,液体流量为 1 m3?h,经 过 测 量 处 理 得 到 的数据为分配器下方150mm 处水沿实验装置径向 的体积分 率。本 研 究 通 过 在 Fluent中 重 现 这 一 实 验 过 程 ,并 对 实 验 结 果 和 模 拟 计 算 结 果 进 行 对 比 ,确 保选择的加氢反应器分配器模型的正确性好。

基于FLUENT模拟的SCR反应器流场优化

基于FLUENT模拟的SCR反应器流场优化
Abstract:At present,FLUENT has been widely used in various practical projects. A flue sim ulation model of the SCR reactor w as established with GA M BIT softw are. Based on different setup of bafflers and com bined w ith FLU ENT S calculation results, a m ore reasonable schem e for flue design was obtained. K ey words:FLU ENT ;SCR reactor; baffler
2 Sபைடு நூலகம்R 烟 道 设 计 模 拟
为 了使反 应 器 内部 能 够具 有一 个 良好 的空气 动力 场 ,利用 CFD模拟 软件 对 烟道 内部 结构 的改 变进 行 一 系列 的模 拟 研 究 ,从 而能 够 通 过 简 单 的 方式 获 得 较 为 理 想 的 方 案 。SCR 反 应 器 模 型 整 体 视 图 如 图 1所 示 。
对 内部 导流 板 的布置 ,分 别制 订 以下方 案 。 2.1 方 案 A(不 加 导 流 板 )
不 加 导 流 板 的模 拟 结 果 如 图 2所 示 。从 图 2 中可 以看到 ,反 应器 内部 的流 场极 其不 均匀 ,由于 烟 气流 动 的惯性 作 用 ,反 应 器 内 烟气 的高 速 区域 集 中在 入 口上 升 烟 道 的右 侧 ,水平 烟道 的拐 角 及 上 侧 ,以及 反 应 区域 的右 侧 ,并 且 集 中 区域 很 窄 。 在 塔 内 形 成 较 大 的 回 流 区 ,造 成 了 极 不 理 想 的 空

《滴流床加氢反应器多相流动的三维数值模拟与结构优化》范文

《滴流床加氢反应器多相流动的三维数值模拟与结构优化》范文

《滴流床加氢反应器多相流动的三维数值模拟与结构优化》篇一一、引言随着能源需求的持续增长,加氢反应器作为石油化工和精细化工领域的关键设备,其性能的优化显得尤为重要。

滴流床加氢反应器作为其中的一种重要类型,其多相流动特性和结构优化对于提高反应效率和减少能耗具有重要意义。

本文旨在通过三维数值模拟的方法,对滴流床加氢反应器的多相流动进行深入研究,并探讨其结构优化策略。

二、三维数值模拟方法2.1 模型建立本研究采用三维数值模拟软件对滴流床加氢反应器进行建模。

模型中包括反应器内部结构、流体流动路径、催化剂颗粒分布等关键要素。

同时,考虑到多相流动的复杂性,模型中还包含了气相、液相和固相的相互作用。

2.2 数值方法在数值方法上,本研究采用了计算流体动力学(CFD)方法,结合多相流模型,对滴流床加氢反应器内的流体流动进行模拟。

同时,为了更准确地描述催化剂颗粒对流体流动的影响,还采用了离散相模型。

2.3 边界条件与参数设置在模拟过程中,我们设置了合理的边界条件和参数,如进出口流量、温度、压力等。

同时,根据实际工况,对催化剂颗粒的物理性质、流体物性等进行了详细设定。

三、多相流动特性分析通过对滴流床加氢反应器进行三维数值模拟,我们得到了反应器内部的多相流动特性。

结果表明,在滴流床中,气相和液相的流动呈现出明显的分层现象,而催化剂颗粒则对流体流动产生了显著的扰动作用。

此外,我们还发现,在反应器的某些区域,流体流动存在明显的涡旋现象,这可能对反应效率产生不利影响。

四、结构优化策略针对滴流床加氢反应器的多相流动特性,我们提出了以下结构优化策略:4.1 优化催化剂颗粒分布通过调整催化剂颗粒的尺寸、形状和分布,可以改善流体在反应器内的流动状态,减少涡旋现象,提高反应效率。

此外,合适的催化剂颗粒分布还有助于提高催化剂的利用率。

4.2 优化反应器内部结构针对多相流动的特性,我们可以对反应器的内部结构进行优化,如调整进出口位置、增加导流板等,以改善流体在反应器内的流动状态,提高反应效率。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

2011.08
25
基于Fluent的加氢反应器分配器流场数值模拟研究
倪艳光1 刘 玉2
(河南科技大学1.机电工程学院;2.车辆与动力工程学院,河南 洛阳 471003)
摘要:
文章采用Fluent 通用CFD 有限元分析软件对单个分配器的流体力学性能进行模拟,再现气液通过分配器后在反应器中流体的复杂流动情况,以此来指导分配器的研究、开发、放大和设计工作。

关键词:
分配器;Fluent ;DPM ;气液反应物;CFD 有限元分析软件中图分类号: TQ018 文献标识码:
A 文章编号:1009-2374(2011)24-0025-02加氢工艺技术水平的高低以及加氢反应能否稳定进行,主要取决于催化剂性能的先进性。

而催化剂能否充分地发挥作用,产品质量是否能够达到优质,则在很大程度上取决于反应器内部结构的先进性和合理性。

尤其是入口分配器,它能够利用气液两相流通过分配器时产生的抽吸作用来实现液体的均匀分配,对于加氢效果产生极大影响。

目前气液分配器的设计和分析都是基于试验和经验,由于加氢反应器中气液固三相的存在,反应器内流体的流动、混合、传递过程十分复杂,对其中的两相流动情况知之更少,而CFD(计算流体力学)正是可以使我们深入理解分配器中的流体流动的十分有效的工具。

本文将采用Fluent通用CFD有限元分析软件,应用DPM模型对单个抽吸喷射型分配器的流体力学性能进行模拟,预测气液通过分配器后在反应器中流体的复杂流动情况,以此来指导分配器的研究、开发、放大和设计工作。

一、物理模型
该分配器属于抽吸喷射式,利用UG建立分配器三维模型(如图1所示)。

为了提高计算效率,方便计算模型调试,将反应器周围的反应物远场模型建立为分配器尺寸的3倍直径,5倍高度。

分配器与周围气液反应物如图2所示:
图1 分配器几何模型
图2 分配器与周围气液反应物
二、有限元模型网格划分及边界条件设置
在Gambit中划分网格及设定边界条件。

网格为混合网格,数量约18.5万体单元,38万面单元。

圆柱形边界为绝热、无滑移、颗粒反射壁面边界,上端边界为速度入口,下端为压力出口。

反应器入口的反应物为重油和氢气的混合物,油气体积比例为1:1200,操作压力16.8MPa,温度250℃。

反应器氢气入 口速度为18m/s,忽略入口扩散器的作用,平均到单个分配器的氢气流量为0.254kg/s,根据氢气密度和入口面积,计算得到单个分配器氢气入口速度为0.34728m/s。

依次同样计算得液态油入口质量流率为0.022kg/s。

分配器安装地板以及分配器壁面皆为绝热、无滑移、颗粒反射壁面边。

三、计算模型的选择
抽吸喷射型分配器的工作原理是,当气体高速通过齿缝,携带液体上升,气体撕裂、破碎液体,并充分混合。

为了预测分配器的喷射雾化效果,结合应用了组分输运模型和DPM模型中的液滴合并与破碎物理模型,并在计算中考虑了输入汽油的挥发性。

湍流模型选用RNG k-ε模型,连续方程和动量方程用SIMPLE方
法求解,对流项采用一阶迎风格式离散。

2011.08
26
四、计算结果分析
(一)分配器流场分析
图3 速度场云图
图4 压力云图
图5 质量分率云图
图3、图4和图5分别是分配器工作时的流场速度
云图,压力云图和质量分率云图。

将三个图结合起来
分析可以看出,当分配器正常工作时,液相由于密度
大落在分配塔盘上建立液面,气相则转向通过泡帽上
的条缝进入分配器,由于条缝通道面积的突然减小,
气相速度相应增加形成高速气流,条缝处流体最高速
度可达6.45m/s,并在泡帽与中心管间的环形空间内因
差压而产生强烈的抽吸作用(图4中心管内部蓝色区域
表示负压为吸力)。

此时液相在高速风力的作用下逐渐
雾化,破碎为液滴,以最大10.8m/s的速度一起作湍流
运动,到出口时因通道面积的突然扩大,气液两相混
合流呈锥状向下喷洒(如图5所示),从而实现气液分
配。

分配器中的两相流动状态在低气速时大致为环状
流,在高气速时大致为雾状流。

(二)不同氢气流速下油的质量分率模拟结果比较
改变入口处氢气的流速,使得平均到单个分配器
氢气入口速度为0.15m/s,0.35m/s,0.5m/s,得到三
种不同工况下的质量分率云图:
(a)氢气入口速度为0.15 m/s
(b)氢气入口速度为0.35 m/s
(c)氢气入口速度为0.55 m/s
图6 质量分率云图
由图6可以看出,对于一定流速的液相(重质油)
随着入口氢气速度的增加,分配器出口处油的质量分
率呈线性增加趋势,由此可知,增加入口氢气速度能
得到某一最佳质量分率使得液体分布最均匀,反应效
率最大化。

五、结论
1.采用Fluent通用CFD有限元分析软件,应用DPM
模型对加氢反应器内单个分配器的流体力学性能进行
模拟,再现气液通过分配器后在反应器中流体的复杂
流动情况,为研究抽吸喷射型分配器中流体流动规律
及工作原理提供了细观依据。

2.增加入口氢气速度能得到某一最佳质量分率使
得液体分布最均匀,反应效率最大化,这就为改进分
配器综合工作性能提供了有效途径。

3.采用Fluent流体力学软件并选择合适的模型可
指导加氢反应器内分配器的研究、开发、放大和设计
工作。

参考文献
[1] 蔡连波,林付德.新型加氢反应器内构件的研究[J].炼油
技术与工程,2003,33(10).
[2] J acobs GE and Krenzke LD. Insights on reactor internals for
ULSD-performance of existing and new hardware. In: Na-
tional Petrochemical & Refiners Association, San Antonio,
Texas. LA: NPRA AM-03-92,2003.
[3] N athalie Hamil.CFD comes of ages in the CPI[J].Chem
Eng, 1996, 103(12).
(责任编辑:王书柏)。

相关文档
最新文档