高温气冷堆板翅式回热器一维可压缩流动算法

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作者 白一帆 丁铭 《哈尔滨工程大学学报》 北大核心 2025年第4期675-682,709,共9页

为了计算高温气冷堆氦气透平直接循环中板翅式回热器的动态响应过程,本文建立了板翅式回热器的一维可压缩流动模型。采用混合半隐式算法对控制方程进行离散,并提出使用解耦法和半耦合法对流体域和壁面耦合的温度方程进行求解。根据以上... 为了计算高温气冷堆氦气透平直接循环中板翅式回热器的动态响应过程,本文建立了板翅式回热器的一维可压缩流动模型。采用混合半隐式算法对控制方程进行离散,并提出使用解耦法和半耦合法对流体域和壁面耦合的温度方程进行求解。根据以上2种方法计算回热器入口温度阶跃上升算例的结果分析,并模拟分析了回热器在温度、流量、压力和温度-流量复合阶跃扰动下的瞬态变化过程。结果表明:解耦法相对于半耦合法拥有更快的求解速度,且更适于板翅式回热器在直接氦气透平循环回路系统的整体计算。本文方法可模拟板翅式回热器在简单扰动下的温度响应过程,并捕捉不可压缩模型无法计算的压力响应和流量响应,可以用于板翅式回热器在循环系统中的动态性能分析。 展开更多

关键词 高温气冷堆 直接循环 板翅式回热器 动态响应 一维可压缩流动模型 混合半隐式算法 数值计算 计算流体力学

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填充流化床集成水煤气变换与二氧化碳矿化的模拟分析

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作者 常麒 葛蔚 《化工学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第11期4237-4253,共17页

提出了在填充流化床中以矿物碳酸化(MC)原位封存水煤气变换反应(WGSR)制备H2副产CO_(2)的连续操作新工艺。除了借助WGSR的高温、高压、高湿环境强化MC,吸收剂粉末流化通过WGSR催化剂填充床的连续分离可应对产物层增厚导致的MC吸收速率... 提出了在填充流化床中以矿物碳酸化(MC)原位封存水煤气变换反应(WGSR)制备H2副产CO_(2)的连续操作新工艺。除了借助WGSR的高温、高压、高湿环境强化MC,吸收剂粉末流化通过WGSR催化剂填充床的连续分离可应对产物层增厚导致的MC吸收速率快速衰减。基于晶粒尺度溶解扩散MC模型和WGSR表观动力学建立了该反应器的一维稳态活塞流模型,以此分析了750 MW整体气化联合循环(IGCC)装置中应用此新工艺的技术经济性。基于模拟获得的CO_(2)、MC吸收剂粉末转化率及给定能耗、碳税等计算CO_(2)减排费用表明:将MC吸收剂的碳酸化产物作为水泥辅助性凝胶材料(SCM)产生附加值是此技术商业化的前提;考虑CO_(2)、MC吸收剂粉末转化率与研磨能耗,宜采用10μm左右的MC吸收剂细粉末。 展开更多

关键词 多相反应器 制氢 水煤气变换 二氧化碳捕集 矿化 填充流化床 活塞流模型 整体气化联合循环

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新概念熔盐堆物理计算方法研究及程序设计 被引量：8

3

作者 张大林 秋穗正 +2 位作者 刘长亮 苏光辉 贾斗南 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第12期1103-1108,共6页

考虑新概念熔盐堆燃料盐的流动特性,从基本的粒子守恒方程出发,推导了熔盐堆的中子动力学模型,并采用数值方法对3种工况下熔盐堆的临界问题进行计算,考察流动对有效增殖系数、快中子分布、热中子分布及缓发中子先驱核分布的影响。结果表... 考虑新概念熔盐堆燃料盐的流动特性,从基本的粒子守恒方程出发,推导了熔盐堆的中子动力学模型,并采用数值方法对3种工况下熔盐堆的临界问题进行计算,考察流动对有效增殖系数、快中子分布、热中子分布及缓发中子先驱核分布的影响。结果表明:质量流量对有效增殖系数的影响很小,对热中子分布的影响比对快中子分布的影响大,而质量流量越大,缓发中子先驱核移出堆芯的比率也越大。 展开更多

关键词 熔盐堆 中子动力学模型 中子扩散 缓发中子先驱核 流动效应 数值计算

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胜利褐煤外热式气流床温和气化建模研究:模型的建立 被引量：3

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作者 程相龙 王永刚 +2 位作者 孙加亮 张海永 许德平 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第9期2447-2454,共8页

以胜利褐煤为原料,在80 mm×3 000 mm下行气流床中进行了800℃/900℃气化实验,研究了炉内气固相流动特点、炉内反应分区、主要反应的动力学,进而建立了气化炉模型。结果发现,气相流动存在射流区、回流区、平流区,其中平流区占95%... 以胜利褐煤为原料,在80 mm×3 000 mm下行气流床中进行了800℃/900℃气化实验,研究了炉内气固相流动特点、炉内反应分区、主要反应的动力学,进而建立了气化炉模型。结果发现,气相流动存在射流区、回流区、平流区,其中平流区占95%;实验条件下炉内依次发生热解、燃烧、气化反应;结合实验条件,利用缩合模型推导了H_2O-O_2协同作用影响下半焦氧化和气化反应的速率方程,发现它们分别受气膜扩散、化学反应控制,而且受协同作用影响,气化反应速率在添加氧气前后差异较大,故建模时采用推导的速率方程更切合实验条件和煤种特性;考虑H_2,CO,CH_4燃烧、半焦-CO_2/H_2气化,CO变换、CO-H_2甲烷化反应,忽略速率较小的焦油燃烧、半焦-H_2O甲烷化,CO_2-H_2甲烷化等反应;由于半焦微观结构的差异,不同温度和气氛下单位反应体积内气固相有效接触(碰撞)面积差异较大,建模时应分别考虑;通过以上研究建立了气化模型,模型预测值误差较小,92%预测值误差小于20%,75%预测值误差小于10%。 展开更多

关键词 气流床 温和气化 流动特点 气膜扩散 反应速率 模型

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催化裂化提升管反应器流动反应耦合模型研究进展 被引量：7

5

作者 杨朝合 杜玉朋 赵辉 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第3期608-616,共9页

催化裂化(FCC)工艺在重质油轻质化过程中发挥着重要作用,而FCC提升管反应器的模型化是催化裂化新工艺与新装备的开发、催化裂化装置稳定操作与生产调优等常需做的工作。本文首先根据流动模型与反应模型不同的集成方式对提升管反应器流动... 催化裂化(FCC)工艺在重质油轻质化过程中发挥着重要作用,而FCC提升管反应器的模型化是催化裂化新工艺与新装备的开发、催化裂化装置稳定操作与生产调优等常需做的工作。本文首先根据流动模型与反应模型不同的集成方式对提升管反应器流动-反应耦合模型进行了归纳与分类,并回顾了国内外流动-反应耦合模型的研究历程,指出了耦合模型的发展趋势;随后对当前研究较多的计算流体力学(CFD)流动-反应耦合模型进行了较为全面的阐述,包括对耦合模型的应用场合、模型求解解耦方法的研究情况等均作了介绍,同时还分析了该类耦合模型所存在的不足之处,并指出工业提升管反应器在线采样技术的开发在耦合模型的验证工作上的必要性;最后,对FCC提升管反应器流动-反应耦合模型研究进行了总结与展望,以期能够为FCC提升管反应器模型化新方法的提出以及耦合模型的验证工作等研究给予借鉴和指导。 展开更多

关键词 催化裂化 提升管反应器 流动 反应 模型 计算流体力学

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渣油催化裂化提升管反应器气固两相流动、传热、反应模型的建立 被引量：4

6

作者 王洪斌 徐春明 +2 位作者 高金森 郭印诚 王希麟 《石油大学学报（自然科学版）》 CSCD 1998年第6期87-91,共5页

根据提升管气固两相湍流流动模型和渣油催化裂化反应动力学集总模型，全面系统地考虑了气固两相之间复杂的流动、传热、传质以及各种操作因素对催化裂化提升管反应器内化学反应的影响，确立了ｋεｋｐ流动物理模型和渣油回炼油反应... 根据提升管气固两相湍流流动模型和渣油催化裂化反应动力学集总模型，全面系统地考虑了气固两相之间复杂的流动、传热、传质以及各种操作因素对催化裂化提升管反应器内化学反应的影响，确立了ｋεｋｐ流动物理模型和渣油回炼油反应集总模型，建立了渣油催化裂化提升管反应器三维气固两相流动、传热及反应模型，编制了大型模拟计算程序，并对工业提升管反应器进行了数值模拟计算。 展开更多

关键词 传热 动力学 模型 提升管反应器 渣油 催化裂化

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吸附反应器动态特性的研究 被引量：2

7

作者 王涛 李成岳 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1992年第6期645-651,共7页

针对反应速率方程为γ_A=k_1c_A^m-k_2c_B^n的非瞬时可逆均相反应A(?)vB、液相反应或浓度很稀的气相反应和反应物A或产物B瞬时非线性Langmuir吸附的情况,研究了反应和吸附相结合的吸附反应器之动态特性.建立了平推流固定床吸附反应器的... 针对反应速率方程为γ_A=k_1c_A^m-k_2c_B^n的非瞬时可逆均相反应A(?)vB、液相反应或浓度很稀的气相反应和反应物A或产物B瞬时非线性Langmuir吸附的情况,研究了反应和吸附相结合的吸附反应器之动态特性.建立了平推流固定床吸附反应器的动态模型,通过数值解法获得了反应物阶跃和方波输入时,吸附反应器出口的动态响应曲线.研究结果表明,吸附反应器无需附加净化步骤就能获得高纯度的产物;吸附反应物时,反应转化率降低,吸附产物时,反应转化率提高.并讨论了吸附平衡常数和反应速率常数对吸附反应器性能的影响. 展开更多

关键词 吸附反应器 动态特性 平推流模型

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动态实时优化策略下的分层式预测控制及其在化工过程中的应用 被引量：3

8

作者 安爱民 赵超 +1 位作者 DU Shengzhi 郝晓弘 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第8期2339-2344,共6页

针对化工过程中那些因存在批处理、含有物料回流环节而很难达到稳态的过程以及一些因扰动的存在而很难精确地操作在一个设定点处的非线性过程,采用常规的稳态优化会产生低效或失效优化解的问题,提出一种动态实时优化策略。即在多层控制... 针对化工过程中那些因存在批处理、含有物料回流环节而很难达到稳态的过程以及一些因扰动的存在而很难精确地操作在一个设定点处的非线性过程,采用常规的稳态优化会产生低效或失效优化解的问题,提出一种动态实时优化策略。即在多层控制结构中的RTO层采用动态优化而非常规的稳态优化,依照过程的优化操作信息在满足过程动态规律和物料、产品市场价格变化的条件下实现生产的经济利润最优,事例仿真结果表明该方法的可行性和有效性。 展开更多

关键词 预测控制 分层控制 动态实时优化 连续搅拌罐反应器 经济性能

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工业环管反应器结构对非均匀流动的影响 被引量：2

9

作者 唐铭 訾灿 +5 位作者 杨遥 黄正梁 廖祖维 王靖岱 蒋斌波 阳永荣 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第2期621-629,共9页

工业环管反应器的结构参数对管内液固两相流动及装置的平稳高效运行具有重要的影响。对工业聚丙烯环管反应器进行CFD模拟,发现环管反应器中存在明显的非均匀流动现象——弯管处的颗粒偏析和直管处的颗粒带。进而引入非均匀度定量表征非... 工业环管反应器的结构参数对管内液固两相流动及装置的平稳高效运行具有重要的影响。对工业聚丙烯环管反应器进行CFD模拟,发现环管反应器中存在明显的非均匀流动现象——弯管处的颗粒偏析和直管处的颗粒带。进而引入非均匀度定量表征非均匀流动,研究直管段长度和直管段数量对非均匀流动的影响。研究发现,对直管段数量为2的环管反应器,当直管段高径比超过43时,出口截面上颗粒分布的非均匀度不随高径比增加而变化;对直管段数量为4的环管反应器,直管段高径比越大,出口截面上颗粒分布越均匀;对直管段长度为39 m、高径比为65的环管反应器,直管段数量越多,出口截面上颗粒分布越均匀;与直管段数量相比,直管段长度(高径比)对出口处非均匀度的影响更显著。研究结果可为工业环管反应器的设计和优化提供指导。 展开更多

关键词 环管反应器 反应器结构 非均匀流动 计算流体力学 非均匀度 模型 数值模拟

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铅基快堆SGTR事故下热工水力模拟及气腔扩散行为研究 被引量：4

10

作者 于启帆 赵亚峰 +4 位作者 王成龙 张大林 田文喜 秋穗正 苏光辉 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第10期2015-2023,共9页

本文针对铅基快堆蒸汽发生器传热管破裂(SGTR)事故,利用计算流体力学(CFD)程序对LIFUS5/MOD2台架的汽水注射进液态金属铅铋环境进行研究。研究了3种热工水力现象:铅铋环境压力上升与压力波传递,铅池液位波动和气泡夹带与铅池液位上升和... 本文针对铅基快堆蒸汽发生器传热管破裂(SGTR)事故,利用计算流体力学(CFD)程序对LIFUS5/MOD2台架的汽水注射进液态金属铅铋环境进行研究。研究了3种热工水力现象:铅铋环境压力上升与压力波传递,铅池液位波动和气泡夹带与铅池液位上升和蒸汽扩散。研究结果表明:CFD模型在模拟SGTR事故的压力变化和压力波传递方面具有很小的计算误差;压力波峰值会随着水侧背压的升高而增大,且局部的蒸汽腔压力会低于附近的铅池压力,抑制蒸汽爆炸发生;同时事故引起的铅铋液位上升既会引起小尺寸气泡的输运夹带,也会对铅铋环境结构件造成冲击。 展开更多

关键词 铅基快堆 蒸汽发生器传热管破裂事故 两相流模型 计算流体力学

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基于改进状态转移算法的串级平推流反应器动力学参数估计 被引量：2

11

作者 薛永飞 王雅琳 +2 位作者 孙备 李钱钟 孙家舟 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期607-616,共10页

实际化工过程反应系统通常由若干个相互关联的平推流反应器串级构成,要建立其机理模型,并估计其动力学参数,就必须反复求解大规模非线性微分方程组,计算代价较高。针对智能优化算法在求解昂贵优化问题时计算成本过高,而工业过程模型往... 实际化工过程反应系统通常由若干个相互关联的平推流反应器串级构成,要建立其机理模型,并估计其动力学参数,就必须反复求解大规模非线性微分方程组,计算代价较高。针对智能优化算法在求解昂贵优化问题时计算成本过高,而工业过程模型往往只需要找到一组满意解即可的特点,提出了一种基于改进状态转移算法的串级平推流反应器动力学参数估计方法。该算法在保留标准状态转移算法全局寻优能力和快速收敛能力的同时,利用对立算子优化初始种群,并根据误差阈值判定满意解中止条件,可有效节约计算时间。以实际炼油企业的加氢裂化装置为研究对象,采用所提方法对其反应系统的动力学参数进行估计,仿真结果表明了所提方法的有效性。 展开更多

关键词 串级平推流反应器 反应动力学 动力学模型 参数估值 状态转移算法 昂贵优化 满意解

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褐煤氧化和气化反应协同作用下夹带流反应器的建模

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作者 程相龙 郭晋菊 +3 位作者 张海永 孙加亮 张延兵 宋成建 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期119-128,共10页

为了建立Φ80mm×3000mm下行夹带流煤气化反应器模型,以胜利褐煤为原料,在该反应器中进行了N2、O2、H2O、H2O+O2气氛下800℃/900℃气化实验,研究了流场分布、主要反应发生区域,并结合反应机理和缩合模型推导了不同速控步/气化气氛下... 为了建立Φ80mm×3000mm下行夹带流煤气化反应器模型,以胜利褐煤为原料,在该反应器中进行了N2、O2、H2O、H2O+O2气氛下800℃/900℃气化实验,研究了流场分布、主要反应发生区域,并结合反应机理和缩合模型推导了不同速控步/气化气氛下C-O2氧化和C-H2O气化速率方程。结果发现,实验条件下,喷嘴附近的射流区及其周围的回流区仅占反应器高度的5%,气相主要以平推流流动;热解和燃烧反应同时发生,反应器分为热解燃烧区和气化区;气膜扩散控制下的C-O2氧化速率方程和化学反应控制时C-H2O气化速率方程与实验数据吻合较好;相对H2O气氛,H2O+O2气氛下C-H2O气化反应的表观气化反应速率常数明显较大,尤其在高温下,建模时需分别考虑H2O和H2O+O2气氛下气化速率。这主要是由于氧化反应的开孔/扩孔作用使碳颗粒微孔数量、比表面积、孔容增加,促进了C-H2O气化反应。采用MATLAB编程拟合求解模型中未知参数和模型,对12组实验(60个数据点)进行预测,85%预测值误差小于20%,70%预测值误差小于10%。对褐煤转化率的预测,75%预测值误差小于4.6%。建立的反应器模型误差较小,为反应器设计和放大奠定基础。 展开更多

关键词 气流床 协同作用 流动特点 气膜扩散 反应速率 模型

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气－液－固滴流床反应器的PFR模型研究

13

作者 高卫星 孙玉晴 何力 《陕西师大学报（自然科学版）》 CSCD 1995年第3期106-108,共3页

滴流床反应器是一种固体催化剂处于固定状态的气－液－固催化反应器，本文研究了其拟均相ＰＦＲ数学模型．为该种反应器的模拟、放大提供了理论依据．

关键词 滴流床反应器 活塞流 数学模型

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圆环挡板振荡流反应器内流动特性的数值模拟

14

作者 曾嘉 曾晨 +3 位作者 周鹏 郭苏雅 崔佳鑫 鄂殿玉 《材料与冶金学报》 CAS 北大核心 2022年第3期162-166,共5页

采用计算流体力学方法,对冶金化工生产过程常用的圆环挡板振荡流反应器内的流动特性进行模拟研究.通过构建k-ε湍流模型、分离涡模拟(DES)湍流模型和剪切应力输运(SST)湍流模型,对挡板振荡管进行模拟计算,对比分析了计算得到的周期平均... 采用计算流体力学方法,对冶金化工生产过程常用的圆环挡板振荡流反应器内的流动特性进行模拟研究.通过构建k-ε湍流模型、分离涡模拟(DES)湍流模型和剪切应力输运(SST)湍流模型,对挡板振荡管进行模拟计算,对比分析了计算得到的周期平均速度、湍动能和流体流型等关键参数与实验结果,验证考察了3种湍流模型对挡板振荡管内复杂湍流运动行为描述的准确性.结果表明:3种湍流模型中,SST湍流模型能更好地描述挡板振荡管内的流体力学行为;振荡流反应器内流体轴向速度沿管径呈抛物线型分布,在壁面处速度接近为0,中心区域的速度最大约为0.075 m/s;圆环挡板附近漩涡的持续形成和相互作用过程是混沌流发展的主要机制. 展开更多

关键词 冶金化工过程 振荡流反应器 计算流体力学 湍流模型 流动特性

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CFD-PBM耦合模型用于浆态床反应器的研究进展

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作者 沈宪琨 贾志勇 +1 位作者 蓝晓程 王铁峰 《化工进展》 2025年第8期4408-4418,共11页

计算流体力学-群体平衡模型(CFD-PBM)由于结合了CFD预测流场信息和PBM计算气泡尺寸分布两方面的优势,被广泛应用于鼓泡塔反应器的数值模拟。但目前大多数研究工作主要针对常压下空气-水体系,其结果无法直接应用到高温、高压下操作的真... 计算流体力学-群体平衡模型(CFD-PBM)由于结合了CFD预测流场信息和PBM计算气泡尺寸分布两方面的优势,被广泛应用于鼓泡塔反应器的数值模拟。但目前大多数研究工作主要针对常压下空气-水体系,其结果无法直接应用到高温、高压下操作的真实工业浆态床反应器中。本文从不同操作环境下气泡破碎及聚并行为建模角度出发,阐述了压力、黏度、表面张力及颗粒对流体力学行为影响的最新进展。模拟结果表明,CFD-PBM耦合模型可以准确描述浆态床内流体力学行为,与传统的经验关联式相比模型适用性更广。目前的模拟工作大多集中在实验室规模浆态床反应器的冷模研究,未来需要克服工业规模反应器多尺度耦合的难题,从而推动CFD-PBM耦合模型从实验室规模模拟向工业应用跨越。 展开更多

关键词 计算流体力学-群体平衡模型 浆态床反应器 气泡破碎 气泡聚并 多相流 流体动力学

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