催化剂颗粒在待生分配器内的气固两相耦合模拟分析

摘要

随着现代工业尤其是石油催化裂化技术的发展，催化裂化再生器的分配器对均匀分配颗粒提高催化剂颗粒的质量有着越来越重要的地位，催化裂化待生分配器性能的好坏，技术水平的高低直接影响到催化裂化再生工艺。
　　 为了提高催化裂化待生分配器的性能，使分配器的分配效率更高，催化剂颗粒的流化效果更好，本文采用数值方法对待生分配器内催化剂颗粒的流动变化情况进行气固两相模拟，耦合了计算流体动力学(CFD)、离散单元法(DEM)得出了待生分配器内颗粒运动参数的分配规律，研究了流化环的结构参数对待生分配器的流化分配效果的影响。论文的主要研究工作和成果如下:
　　 1.耦合了离散单元法和计算流体动力学的方法，对分配器内的流化剂颗粒的运动进行了三维数值模拟，把欧拉方法和拉格朗日方法结合起来，采用欧拉方法处理气相场同时使用拉格朗日方法处理离散颗粒场。气固两相间的耦合采用流固双向耦合，即考虑气相场对固相作用的同时也考虑了离散颗粒场反过来对气相场的作用，气相与固相连续交替求解。得到了待生分配器内的压力、速度、曳力的分布规律，发现了待生分配器内出现的“向外卷流”与“弱回环”现象。
　　 2.直观地模拟出待生分配器内离散颗粒场的运动变化发展情况，追踪了颗粒群的运动轨迹，分析了流化环入口速度与颗粒粒径对待生分配器的流化分配效果的影响。结果表明:与流化环入口速度相比，颗粒的尺寸对待生分配器的流化分配效果影响要大得多。且当流化环的入射速度为30m/s-40m/s左右时，催化剂颗粒的流化效果较好。小颗粒流化效果比大颗粒的流化效果好，追随性优于大颗粒。
　　 3.采用数值模拟分析的方法，对催化裂化待生分配器内流化环喷嘴开孔密集度对待生分配器的流化分配效果进行了对比分析，经研究发现:当流化环的开孔密集度固定时，不同的孔径比对待生分配器的流化分配影响不明显，并且分析了孔径比为0.18时，开孔密集度对催化剂颗粒的流化系数的影响，得出当开孔密集度为0.228～0.4时，催化裂化待生分配器能达到较好的分配效果。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究意义

1．2 催化裂化待生分配器概述

1．3 国内外研究进展

1．3．1 气固两相流问题的研究方法

1．3．2 气固两相流数值模拟研究现状

1．3．3 流固耦合问题研究进展

1．4 本文研究的主要内容

1．5 本章小结

第2章 气固两相流的理论基础

2．1 离散单元法的基础理论

2．1．1 离散单元法概述

2．1．2 离散元计算循环

2．1．3 接触模型——Hertz-Mindlin非线性接模型

2．2 计算流体动力学(CFD)方法

2．2．1 控制方程及湍流模型

2．2．2 模型数值求解

2．2．3 初始条件和边界条件

2．3 本章小结

第3章 流固耦合数值模拟

3．1 CCFD软件与PFC软件耦合过程介绍

3．2 CCFD-PFC流固耦合的程序实现

3．2．1 离散元力学计算

3．2．2 耦合计算与计算循环

3．2．3 计算循环

3．3 建立待生分配器的数学模及求解

3．3．1 数学模型及参数设置

3．3．2 划分网格

3．3．3 气固两相的物理特性参数

3．3．4 操作工况的计算

3．3．5 边界条件及初始条件

3．4 本章小结

第4章 待生分配器内部气相流场的基本特征

4．1 压力分布

4．2 切向速度分布

4．3 径向速度分布

4．4 轴向速度

4．5 曳力分布

4．6 速度矢量分布图

4．7 本章小结

第5章 待生分配器内颗粒的运动分析

5．1 待生分配器内颗粒的运动分析流程图

5．2 待生分配器内颗粒流动变化发展分析

5．3 颗粒运动轨迹数值分析

5．3．1 待生分配器内颗粒流运动数值分析

5．3．2 待生分配器内某一随机颗粒的运动分析

5．3．3 标记颗粒碰撞壁面直观数值模拟与跟踪

5．4 工艺参数对待生分配器的流化分配效果的影响

5．4．1 流化环入口风速对待生分配器的分配效果的影响

5．4．1 不同粒径的催化剂颗粒对待生分配器的分配效果的影响

5．5 流化环的结构参数对待生分配器的流化分配效果的影响

5．5．1 开孔孔径比对分配效果的影响

5．5．2 开孔密集度对分配效果的影响

5．6 本章小结

第6章 总结展望

6．1 全文总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果