LPH--1型进料喷嘴内部流场数值模拟及结构参数优化

摘要

随着重油催化裂化技术的迅速发展，催化裂化装置的原料油趋于重质化，实践证明重油催化裂化进料喷嘴是催化裂化环节中的关键设备之一。性能优异的重油进料喷嘴不仅可以起到提高轻质油收率、改善产品分布的作用，而且还可以起到降低焦炭的产率、提高经济收益的作用;同时在掺炼渣油或以重油为催化裂化原料时，可以改善重油进料喷嘴的雾化效果，还能起到提高掺渣率，减轻设备结焦，延长装置运行周期的作用。本文运用计算流体动力学基本理论与方法，对喷嘴的内部流场进行了全面的数值模拟分析，并取得了一定的数据成果。 本文建立了LPH-1型进料喷嘴的物理模型和数学模型，结合喷嘴内部流场的实际情况，确定了较为合理的边界条件和初始条件，对进料喷嘴的内部流场进行二维数值模拟。计算结果给出了进料喷嘴内部气液两相矢量图、流场结构以及喷口速度、压力降、湍动能矢量图等。 通过改变蒸汽进口直径、油液进口直径、油液注入角度以及喷嘴出口直径等结构参数，设定正交试验表，得到9组不同的结构参数，分别建立模型，进行数值模拟。在对计算结果进行分析对比，通过极差分析的方法得出一组优化参数，在通过建模、数值模拟，得出计算结果。通过观察对比流场的三组参数（速度、压力、湍动能），得到优化改进后的喷嘴，获得更加好的出口速度，压力降有所增大，湍动能的变化不很明显。 本文针对重油进料喷嘴内部流场开展模拟研究，其结果为在不同的结构参数下流场变化方面积累了一定的经验，对于雾化喷嘴的设计，流场的模拟分析等方面提供了一定的指导价值。总之优化之后的模型在喷嘴出口速度这一因素上获得到良好的效果，但是由于数值模拟方法，有其自身的缺点:一是精确程度依赖于基本方程的可靠性;二要借助原型观测或物理模型实验提供的流动参数，并且需要对模型加以验证和校准。因此，只用数值模拟这种方法有一定的局限性，所以，数值计算和理论分析、观测和实验室相互联系相互促进的，要有机结合起来，才能较好的解决工程实际问题。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 本文的研究背景与意义

1．2 典型重油进料喷嘴介绍

1．3 喷嘴工艺及特性

1．4 喷嘴应用及其研究现状

1．5 LPH-1型喷嘴简介

1．6 本文研究目的和研究内容

1．6．1 研究目的

1．6．2 研究内容

2 FLUENT简介

2．1 计算流体动力学介绍

2．2 FLUENT软件概述

2．3 FLUENT数值模拟的工作步骤

2．4 数值模拟在喷嘴中的运用

2．5 本章小结

3 喷嘴内流场基本控制方程和相关计算步骤

3．1 流体动力学中的控制方程

3．2 喷嘴内流场分析相关计算步骤及参数设定

3．2．1 网格的划分

3．2．2 边界层的设定

3．2．3 网格的检查及单位设定

3．2．4 设置求解器

3．2．5 计算模型的设置

3．3 本章小结

4 喷嘴内流场数值模拟计算结果及分析

4．1 模拟计算前期准备工作

4．2 模拟计算结果分析

4．3 本章总结

5 喷嘴模型正交试验

5．1 正交试验设计介绍

5．2 喷嘴正交试验

5．2．1 确定试验因素及水平数

5．2．2 正交表的选取

5．2．3 喷嘴试验方案及试验结果

5．3 本章小结

6 喷嘴结构参数优化

6．1 极差分析介绍

6．2 优化模型模拟分析

6．2．1 模型信息

6．2．2 喷嘴内部流场分析

6．3 本章总结

7 结论与展望

1 结论

2 研究展望

参考文献

附录 攻读硕士期间的主要成果

致谢