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待生分配器中气固两相流研究及装置优化

作　者: 周迪锋
导　师: 洪滔
学　校: 浙江工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 待生分配器气固两相流催化剂颗粒离散元流体动力学
分类号: TE624.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

在石油催化裂化工业中,催化剂颗粒在高速运动状态下不断与管道壁面冲刷撞击,一方面引起装置失效,另一方面催化剂颗粒大量跑损,因此有必要对颗粒在装置中的运动特征进行研究,为炼油企业提供理论依据和数据支持。本文通过耦合计算流体动力学和离散元法,采用离散元模拟离散相的催化剂颗粒,流体动力学模拟连续相的气流,利用可压缩LES湍流模型,分析颗粒在待生分配器中的运动特征,统计颗粒与颗粒之间的撞击次数及撞击速度,颗粒与壁面之间的撞击次数及撞击速度,并研究催化剂颗粒的流化效果。通过改变待生分配器中结构,分析在不同参数条件下颗粒的撞击行为与流化效果,并采用有限元方法来模拟每次撞击带来的质量的损失,综合各个结构中总的质量损失来选择最优结构。论文的主要研究工作和成果为：1.催化剂颗粒的撞击大部分分布在待生立管出口端与分配臂入口端。在待生立管出口端,颗粒在流化风曳力的作用下迅速减速,而待生立管中的颗粒还在往端口聚集,使得大量颗粒集中在此区域,颗粒与颗粒之间的撞击次数明显增多。在分配臂入口端,由于路径的改变,催化剂颗粒与壁面发生撞击的概率增大,与壁面撞击后反弹到气流中与其他颗粒发生撞击。2.通过改变待生分配器中分配臂的角度α与流化环的角度β来优化待生分配器的结构,统计在不同的结构参数下颗粒的撞击次数与撞击速度,并分析各个结构中的流化效果。3.通过有限元模拟颗粒与壁面的撞击、颗粒与颗粒的撞击,研究在不同撞击速度下壁面与颗粒的质量损失,以此来统计在各个不同结构中颗粒撞击所产生的总的质量损失并选择最优结构,计算表明,在分配臂α=45°,流化环β=15°的结构参数下,装置与颗粒的质量总损失最小。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-24
  1.1 课题研究意义及课题来源  10-11
  1.2 催化裂化概述  11-14
    1.2.1 催化裂化原理  11
    1.2.2 待生分配器概述  11-13
    1.2.3 催化剂颗粒概述  13-14
  1.3 国内外研究现状  14-22
    1.3.1 催化裂化研究现状  14-15
    1.3.2 气固两相流研究现状  15-16
    1.3.3 湍流研究现状  16-18
    1.3.4 两相流颗粒撞击磨损研究现状  18-19
    1.3.5 离散元研究现状  19-21
    1.3.6 待生分配器研究现状  21-22
  1.4 本文主要研究内容  22
  1.5 本章小结  22-24
第2章气固两相流理论分析  24-36
  2.1 引言  24
  2.2 软件概述  24-26
    2.2.1 PFC概述  24-25
    2.2.2 CCFD概述  25-26
  2.3 流体方程  26-29
    2.3.1 可压缩LES控制方程  26-28
    2.3.2 亚格子模型  28-29
  2.4 曳力的计算  29-30
  2.5 颗粒的运动  30-31
    2.5.1 颗粒对流场的反作用力  30-31
    2.5.2 颗粒运动方程  31
  2.6 离散元接触模型  31-34
    2.6.1 球-球接触  31-33
    2.6.2 球-面接触  33-34
  2.7 本章小结  34-36
第3章待生分配器建模  36-44
  3.1 引言  36
  3.2 数学建模  36-40
    3.2.1 网格划分  37-38
    3.2.2 气固两相物理参数  38-39
    3.2.3 边界条件  39-40
  3.3 曳力模型的验证  40-43
    3.3.1 低颗粒雷诺数  40-41
    3.3.2 高颗粒雷诺数  41-43
  3.4 本章小结  43-44
第4章气固两相动力学特征  44-80
  4.1 引言  44
  4.2 气固两相耦合仿真  44-46
  4.3 曳力分布  46-48
  4.4 气流速度分布  48-51
  4.5 颗粒运动特征  51-58
    4.5.1 撞击速度分布  51-53
    4.5.2 颗粒速度  53
    4.5.3 接触力  53-54
    4.5.4 颗粒运动轨迹  54-56
    4.5.5 颗粒的流化效果  56-57
    4.5.6 压力的分布  57-58
    4.5.7 颗粒体积分数的分布  58
  4.6 待生分配器结构优化  58-66
    4.6.1 结构种类  60-62
    4.6.2 颗粒撞击次数  62-64
    4.6.3 流化效果  64-65
    4.6.4 小结  65-66
  4.7 有限元仿真  66-73
    4.7.1 颗粒撞击壁面仿真  66-72
    4.7.2 颗粒撞击颗粒仿真  72-73
  4.8 待生分配器模型的选择  73-75
  4.9 优化后装置中各项参数  75-78
    4.9.1 装置中的压力  76-77
    4.9.2 气流的大小  77
    4.9.3 平均不平衡接触力  77-78
  4.10 本章小结  78-80
第5章结论与展望  80-82
  5.1 全文总结  80-81
  5.2 展望  81-82
参考文献  82-86
致谢  86-88
攻读学位期间参加的科研项目和成果  88

待生分配器中气固两相流研究及装置优化

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