蒋涛溶剂脱沥青喷嘴内流动特性的数值模拟研究资料资料.ppt

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1、蒋涛溶剂脱沥青喷嘴内流动特性的数值模拟研究资料1、研究背景超临界流体溶剂脱沥青技术过程：高温高压下的超临界溶液从喷嘴中快速喷入喷雾造粒塔中，溶剂闪蒸汽化，由于溶剂的挥发和系统温度的降低，沥青相会迅速析出形成沥青颗粒，实现气体和固体颗粒分离。关键的工艺过程就是沥青相和脱沥青油相的分离过程和萃取剂的回收过程。喷嘴是喷雾造粒过程的关键构件1、研究背景喷雾造粒塔结构尺寸当前研究遇到的问题喷雾造粒过程所使用的喷嘴内径较小，且在超临界状态下的戊烷压力、温度很高且为易燃易爆介质，所以实验测量难度较大。在实际工程应用中，超临界流体在喷嘴喷雾造粒过程中，喷嘴内的压力很高，一次闪蒸

2、雾化压力骤降，气体体积剧烈膨胀，导致颗粒组织疏松，密度过低，这对颗粒的储藏和流化输送带来很大困难。因此，有必要设计一种新型的喷嘴，来实现对喷嘴喷雾造粒过程的研究。1、研究背景2、研究进展毛羽等人发明了一种新型的多级相变喷雾造粒喷嘴，在喷嘴内部可以形成多级相变过程，能够控制溶剂汽化及气体的膨胀速度，可以形成质地密实，密度较大的沥青固体颗粒，便于沥青颗粒的储藏和运输。多级相变造粒喷嘴结构图毛羽等人发明了一种新型的喷雾造粒进料喷嘴，内部设有一旋流内构件，利用内构件在喷嘴内产生不同的旋转效应，在喷嘴出口产生不同的扩散和剪切作用，可以控制喷雾过程液滴的粒径大小，从而控制造

3、粒过程产生的颗粒直径。可控粒径沥青残渣喷雾造粒喷嘴结构图内置旋流器入口段喷孔段2、研究进展3、研究方法和内容研究方法采用Fluent数值模拟软件，对两级相变喷嘴流场进行模拟通过UDF的方式植入Fluent软件中，建立了戊烷闪蒸相变过程模型研究入口压力，入口温度以及喷嘴结构对喷嘴内流场分布的影响两级相变喷嘴结构闪蒸相变装置的几何模型d1=5mm,d2=2mm,d3=5mm,d5=150mm,d6=20mm3、研究方法和内容3、研究方法和内容计算模型及计算方法两相流模型混合模型边界条件入口压力5MPa，入口温度453K出口压力大气压，出口温度300K壁面条件采用无滑

4、移边界条件湍流模型标准k-ε模型压力和速度耦合SIMPLEC算法差分格式采用二阶迎风格式3、研究方法和内容喷嘴径向位置上的戊烷蒸汽体积分数分布高温高压的超临界戊烷通过喷嘴射出后迅速气化形成了明显的高温射流带。温度在射流区域较高，在经过射流区域后流场内的温度会逐渐降低至接近环境温度。3、研究方法和内容入口压力对喷嘴内流场的影响不同入口压力下中心轴线上的温度分布不同入口压力下中心轴线上的气相体积分数分布喷孔段之前喷嘴内的温度与气相体积分数变化极小，到喷孔段时温度开始逐渐变化，并且随着入口压力的变大，喷孔温度损失逐渐减小，喷孔段气相体积分数降低，减缓了戊烷的汽化速度。

5、不同入口温度中心轴线上的温度分布不同入口温度中心轴线上的气相体积分数分布入口温度对喷嘴内流场的影响随着入口温度的升高，喷孔段的温度损失变大，戊烷汽化量变多，同时晶核固化时间变长，使得晶核有足够的时间积累、聚集成更大的颗粒，对出口后形成细小密实颗粒不利。3、研究方法和内容3、研究方法和内容出口直径对喷嘴内流场的影响不同出口直径中心轴线上的压力分布随着喷孔段内径的增加，喷嘴内第一个节流处压降幅值变大，而且节流段，膨胀段和喷孔段压力都减小，使得戊烷在喷嘴内大量汽化，导致沥青在喷嘴内大量析出易阻塞喷嘴。节流处膨胀段不同出口直径中心轴线上的温度分布不同出口直径中心轴线上的

6、气相体积分数分布3、研究方法和内容温度从喷孔段之前就开始下降，而且随着喷孔段内径的增加，温度下降的变快，戊烷汽化的位置靠前，气相体积分数变化越剧烈，出口处戊烷气相体积分数越高。喷孔段喷孔段3、研究方法和内容喷嘴内突变处引入渐缩段的影响使用该两级相变喷嘴结构时，在喷嘴内节流处仍存在较大的压力突变，因此对喷嘴进行改进，在节流处引入渐缩段，改进前后的喷嘴结构如图所示。新旧喷嘴结构示意图新、旧喷嘴中心轴线上的压力分布新、旧喷嘴中心轴线上的气相体积分数分布喷嘴在节流突变处增加渐缩段后消除了喷嘴内部的压力突变，使得压力降低的速度变得缓慢，减压引起的相变受到抑制，使得戊烷汽化

7、位置后移，喷嘴内戊烷汽化量减少，这对喷出后形成细而密的颗粒是有利的。渐缩段渐缩段3、研究方法和内容4、结论(1)随着入口压力的增大，喷嘴喷孔段压力升高，温度损失减小，气相戊烷体积分数减小，对出口获得质地密实，粒径较小的沥青颗粒是有利的。(2)随着入口温度的增大，喷嘴喷孔段温度损失增大，气相戊烷体积分数增大，这对获得质地密实，粒径较小的沥青颗粒是不利的。(3)喷孔段直径的增加使得内压力变化剧烈，温度损失变大，戊烷在喷嘴内大量汽化，导致沥青在喷嘴内大量析出阻塞喷嘴。(4)改进结构后的新喷嘴，压力变化更缓慢，液态戊烷汽化速率减缓，有利于出口形成质地致密，密度较大及粒径

8、较小的沥青颗粒。敬请各位