本文關(guān)鍵詞：變壓吸附制氧徑向流吸附器內(nèi)變質(zhì)量流動(dòng)研究　出處：《北京科技大學(xué)》2017年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

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【摘要】：徑向流吸附器是變壓吸附制氧裝置大型化的重要技術(shù)途徑,具有制氧規(guī)模擴(kuò)展性好、床層壓降小等優(yōu)點(diǎn),得到了廣泛應(yīng)用。與軸向流吸附器相比較,徑向流吸附器因氣體從氣流分布孔流入和流出以及吸附劑吸附和解吸等原因?qū)е挛狡鲀?nèi)部變質(zhì)量流動(dòng)更加復(fù)雜;此外不同的氣體流動(dòng)型式導(dǎo)致徑向流吸附器內(nèi)部流動(dòng)特性各異。因此,對(duì)各種流動(dòng)型式下變壓吸附制氧徑向流吸附器內(nèi)變質(zhì)量流動(dòng)特性進(jìn)行系統(tǒng)研究成為徑向流吸附器設(shè)計(jì)與應(yīng)用的重要問(wèn)題。本文針對(duì)這些問(wèn)題,開(kāi)展了數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)研究工作,得到了以下結(jié)論:(1)建立了雙塔變壓吸附制氧徑向流吸附器內(nèi)變質(zhì)量流動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置。實(shí)驗(yàn)研究Z型向心流、Z型離心流、∏型向心流、∏型離心流等四種流動(dòng)型式的變壓吸附制氧徑向流吸附器內(nèi)變質(zhì)量流動(dòng)特性。結(jié)果表明,升壓、吸附、降壓、反吹等四個(gè)步驟結(jié)束時(shí),Z型向心流和∏型向心流的變壓吸附制氧徑向流吸附器外流道內(nèi)軸向靜壓變化不明顯;而升壓、吸附、降壓、反吹等四個(gè)步驟結(jié)束時(shí),Z型離心流和∏型離心流的變壓吸附制氧徑向流吸附器外流道內(nèi)軸向壓降較為明顯。Z型離心流徑向流吸附器軸向靜壓降分別為45Pa、100Pa、119Pa和30Pa,∏型離心流徑向流吸附器軸向靜壓降分別為40Pa、80Pa、80Pa、20Pa。壓降越大,氣流均布效果變差,說(shuō)明向心流優(yōu)于離心流,更適用于變壓吸附制氧徑向流吸附器內(nèi)變質(zhì)量流動(dòng)過(guò)程。(2)建立了變壓吸附制氧徑向流吸附器內(nèi)變質(zhì)量流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型,對(duì)四種流動(dòng)型式的變壓吸附制氧徑向流吸附器內(nèi)變質(zhì)量流動(dòng)進(jìn)行模擬研究,并與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行對(duì)比,數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好。該模型針對(duì)變壓吸附制氧過(guò)程的質(zhì)量變化和徑向流吸附器內(nèi)氣體流動(dòng)特性,考慮了徑向流吸附器因氣體從氣流分布孔流入和流出以及吸附劑吸附和解吸引起的變質(zhì)量特性;可以適應(yīng)變壓吸附制氧過(guò)程的加壓、吸附、降壓、解吸等循環(huán)步驟;變壓階段的壓力變化為模型計(jì)算值,而非經(jīng)驗(yàn)公式或半經(jīng)驗(yàn)公式;考慮了軸向和徑向的梯度分布、壁面孔隙率的變化、吸附熱及氣體的可壓縮性。(3)研究了四種流動(dòng)型式的變壓吸附制氧徑向流吸附器內(nèi)變質(zhì)量流動(dòng)特性。結(jié)果表明,吸附步驟時(shí)氣體速度在傳質(zhì)區(qū)有較大變化,其它三個(gè)步驟,氣體速度沿氣體流動(dòng)方向近似線(xiàn)性變化;降壓步驟時(shí)氣體速度較高,對(duì)顆粒沖擊較大,應(yīng)合理控制降壓速率。吸附步驟時(shí)沿氣體流動(dòng)方向吸附劑裝填區(qū)域內(nèi)壓力變化較為明顯,存在一個(gè)明顯的壓力波峰;吸附源項(xiàng)對(duì)變壓吸附制氧徑向流吸附器內(nèi)變質(zhì)量流動(dòng)有重要影響,不能忽略。吸附步驟時(shí)向心流和離心流徑向流吸附器內(nèi)變質(zhì)量流動(dòng)的徑向速度不均勻度Mf在中心流道氣流分布孔附近最大,Mf分別為4.0和6.0,這說(shuō)明對(duì)于變壓吸附制氧徑向流吸附器內(nèi)變質(zhì)量流動(dòng),向心流動(dòng)優(yōu)于離心流動(dòng)。反吹步驟時(shí)Z型向心流和∏型向心流徑向流吸附器內(nèi)變質(zhì)量流動(dòng)的中心流道上的軸向壓降分別為104 Pa和54Pa,說(shuō)明采用∏型向心流優(yōu)于Z型向心流,更適合變壓吸附制氧徑向流吸附器內(nèi)變質(zhì)量流動(dòng)。(4)分析了外流道寬度、中心流道氣流分布孔開(kāi)孔率、外流道氣流分布孔開(kāi)孔率等結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對(duì)變壓吸附制氧徑向流吸附器內(nèi)變質(zhì)量流動(dòng)的影響。結(jié)果表明,Z型流和∏型流徑向流吸附器的外流道寬度分別控制在11mm和5mm以?xún)?nèi)比較合適。Z型流和∏型流徑向流吸附器的中心流道氣流分布孔開(kāi)孔率控制在5%以?xún)?nèi)較為合適。外流道氣流分布孔開(kāi)孔率變化對(duì)變壓吸附制氧徑向流吸附器內(nèi)變質(zhì)量流動(dòng)影響有限。綜合比較結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)四種流動(dòng)型式的徑向流吸附器的徑向速度不均勻度Mf變化影響,發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)參數(shù)重要性順序依次是:中心流道氣流分布孔開(kāi)孔率,外流道寬度,外流道氣流分布孔開(kāi)孔率。外流道寬度及中心流道氣流分布孔開(kāi)孔率最優(yōu)情況下,對(duì)四種流動(dòng)型式的徑向流吸附器的徑向速度不均勻度Mf進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)∏型向心流的MfZ型向心流的MfΠ型離心流的MfZ型離心流的Mf。適用于變壓吸附制氧徑向流吸附器內(nèi)變質(zhì)量流動(dòng)的流動(dòng)型式為∏型向心流,外流道寬度為5mm,中心流道氣流分布孔開(kāi)孔率為5%時(shí),變壓吸附制氧徑向流吸附器內(nèi)變質(zhì)量流動(dòng)氣體流動(dòng)最為均勻,效果最好。本文研究結(jié)果可以為深入研究變壓吸附制氧徑向流吸附器內(nèi)變質(zhì)量流動(dòng)特性、優(yōu)化徑向流吸附器結(jié)構(gòu)提供參考。
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【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TQ116.14
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本文編號(hào)：1350756