轴向流反应器分流板的优化设计研究.pdf

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1、第20卷第3期矿冶Vo1．20，No．32011年9月M1NING＆METALLURGYSeptember2011文章编号：1005-7854(2011)03—0082—04轴向流反应器分流板的优化设计研究陈旭刘向军刘应书(北京科技大学热能工程系，北京100083)摘要：轴向流固定床反应器内气流的均布问题十分重要。本文建立了反应器和分流板的物理模型和三维流动数学模型，对其内部的流场进行了数值模拟，对比研究了分流板上开孔孔径、孔隙率等对流场均匀分布的影响，并在此基础上提出了分流板的改进建议。关键词：固定床；气体分流板；数值模拟；流场中图分类号：TQ052．5文献标识码：ADOI：10．

2、3969／j．issn~1005-7854．2011．03．019STUDY0N0PTIMIZATIONDESIGN0FTHEAIRDISTRIBUT0R0NAXIALFLOWREACTORCHENXuLIUXiang-junLIUYing—shu(ThermalEngineeringDepartment，UniversityofScience&TechnologyBeijing，Beijing100083，China)ABSTRACT：Thevelocitydistributionalongtheradiusdirectionisveryimportantfordesigningo

3、fafixed—bedre—actor．Inthispaper．a3一Dphysicalmodelsandmathematicmodelsforthegasflowinanaxial—flowfixed—bedreae—torareestablished．Verydetailedvelocitydistributionsinthereactorareobtained．Theeffectsofthehole—diame．terandtheporosityoftheairdistributorondistributionoftheflowfieldarestudied．Someoptim

4、izingsuggestsoftheairdistributorareproposed．KEYWORDS：fixed—bed：gasdistributor；numericalsimulation；flowfield轴向流固定床反应器目前在工程领域广泛使床反应器设计的一个关键问题。用¨。。反应器内气体经分流板进入床层区，床层本文以某轴向流变压吸附床为例，对人口段分内的流体分布直接影响床层中的传热传质以及化学流板附近的流场进行了数值模拟，讨论分流板上开反应等过程，不均匀分布可降低固体物料及反应器孔孔径、孔隙率对流场均匀分布的影响，并在此基础的效率。国内外许多研究者对不同具体应用条上提出了

5、改进分流板圆孑L分布的建议。本文的模拟件下的轴向流固定床内气流分布特性进行了研究，结果表明：在相同孔隙率情况下，减小中心区域的孔研究结果均表明，采用普通的分流板，固定床气流人径，同时减少布孔的层数，可以减小中心区域的速口初始段都存在明显的流动不均匀现象，且流速越度；增大外围区域的孔径，同时增加布孔的层数，可高，反应器越大，不均匀性越强。优化分流板的以增加外围区域的速度，利用上述结论可以达到改设计，解决反应器内流体的均布问题是轴向流固定善反应器内流场的均匀分布效果。另外，在相同孔径情况下，增加分流板上圆孔分布的孔隙率也可以收稿日期：20¨一05一ll促进流场的均匀分布。基金项目：国家高

6、技术发展计划(863计划)项目(2009AA063201)。作者简介：陈旭，硕士研究生，主要从事流体流动特性及模型研究。联系人：刘向军，博士，教授，主要从事流动与反应过程的基础1研究对象研究。E-mail：liuxj@me．ustb．edu．en。如图1所示，以固定床下部进口段为研究对象，由于反应器一般在周向上可认为对称分布，取反应陈旭等：轴向流反应器分流板的优化设计研究·83·器的1／6体积为计算区域，两侧面为对称面。流体i7)]一(÷pk)+(2)首先流入一漏斗形空腔，经分流板流入床层，漏斗进口直径为4cm，高度10cm，出口直径为10cm，固定其中，、A为黏性系数。床层高度15

7、cm，分流板高度取为0．2cm，分流板的(3)k一方程圆孔布置如图2所示，圆孔按径向等间距排列，第一+．(pVk)=一-2-pkV·层圆孔中心距离反应器中心轴的间距为0．6am。入口气体为一个大气压，25℃的空气，入口流速+．[(三)vk]一p(3)or为4m／s，相应地，床层内的平均流速为0．64m／s。+．(p一(c一C3)·p6·+．()+÷[c。tr．一C2pe](4)=+Cp／(5)式中：为黏性系数；k为湍动能；为耗散率，or，，C，C：，C，为