發(fā)布時(shí)間：2018-04-01 09:43

  本文選題：洗滌冷卻室　切入點(diǎn)：垂直降膜　出處：《華東理工大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：本文以多噴嘴對(duì)置式煤氣化技術(shù)中高溫粗合成氣的洗滌冷卻裝置—洗滌冷卻室為背景,為對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),提高其熱質(zhì)同時(shí)傳遞效率和工業(yè)運(yùn)行的穩(wěn)定性,采用實(shí)驗(yàn)研究與模擬研究相結(jié)合的方法,對(duì)洗滌冷卻室內(nèi)垂直下降液膜的流動(dòng)與氣液兩相間的傳熱傳質(zhì)過(guò)程進(jìn)行了深入研究。(1)搭建了洗滌冷卻室冷模實(shí)驗(yàn)裝置,借助超聲多普勒測(cè)速儀,對(duì)洗滌冷卻室內(nèi)由對(duì)置式洗滌冷卻環(huán)分布形成的垂直下降液膜的厚度分布、表面波動(dòng)特性和速度分布進(jìn)行了研究。管內(nèi)的液膜平均厚度在周向上分布不均,0°位置的液膜平均厚度最大,其余周向位置液膜較薄且厚度較為接近;在軸向流動(dòng)方向上,液膜平均厚度分布趨于均勻。液膜雷諾數(shù)增大,液膜整體厚度有所增加,同時(shí)周向分布不均勻性加劇;當(dāng)Re1≥1.53×104時(shí),0°位置的液膜會(huì)因?yàn)榫植亢穸冗^(guò)大而發(fā)生破裂;氣相雷諾數(shù)的變化對(duì)液膜平均厚度的影響較小。管內(nèi)垂直向下流動(dòng)的液膜處于高度湍動(dòng)狀態(tài),液膜表面的波動(dòng)狀態(tài)較為復(fù)雜。在管中上段,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差值隨著液膜雷諾數(shù)增大而減小,在下段趨勢(shì)發(fā)生改變;與正態(tài)分布相比,液膜厚度概率密度函數(shù)曲線的偏度值大于0,峰度值大于3;隨著液膜雷諾數(shù)的增大,峰度值有所下降。液膜較薄區(qū)域的表面大波頻率對(duì)液膜雷諾數(shù)變化較為敏感,氣相的剪切作用使得液膜表面的大振幅波有所減少。液膜平均速度在周向上同樣存在差異,0°位置液膜平均速度最大;隨著液膜雷諾數(shù)增大,液膜整體速度呈增大趨勢(shì);對(duì)軸向液膜平均速度分布而言液膜雷諾數(shù)存在轉(zhuǎn)折點(diǎn),當(dāng)液膜雷諾數(shù)小于該值時(shí),液膜平均速度隨軸向距離增加呈增加趨勢(shì),反之則呈減小趨勢(shì);當(dāng)洗滌冷卻環(huán)出口槽縫為3 mm時(shí),其轉(zhuǎn)折點(diǎn)液膜雷諾數(shù)接近1.73×104;洗滌冷卻環(huán)出口槽縫寬度增大,該液膜雷諾數(shù)也有所增大。(2)在實(shí)驗(yàn)研究基礎(chǔ)上,建立了實(shí)驗(yàn)室尺度洗滌冷卻室的三維模型。模型成功預(yù)測(cè)了 0°位置局部液膜破裂的現(xiàn)象,模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果較為吻合;管內(nèi)液膜在周向上分布不均主要是洗滌冷卻環(huán)入水口結(jié)構(gòu)所致,洗滌冷卻環(huán)出口的液膜存在指向0°位置的周向速度分量,使得該位置液膜厚度過(guò)大且易破裂;洗滌冷卻環(huán)出口槽縫寬度為3 mm時(shí),0°位置局部液膜破裂的起始液膜雷諾數(shù)為1.27×104。在冷態(tài)模型基礎(chǔ)上耦合傳熱和傳質(zhì)過(guò)程建立了熱態(tài)模型,模擬結(jié)果表明:液膜周向上的分布不均會(huì)對(duì)管內(nèi)熱質(zhì)同時(shí)傳遞過(guò)程產(chǎn)生較大的影響,不同周向位置的溫度分布存在差異;0°位置連續(xù)液膜的破裂使部分冷卻水進(jìn)入氣相主體,其他周向位置液膜厚度變小,45°位置更易發(fā)生干壁現(xiàn)象,使冷卻水不能有效保護(hù)洗滌冷卻管,導(dǎo)致其局部受熱損毀,不利于裝置正常運(yùn)行。(3)對(duì)改進(jìn)的旋流型洗滌冷卻環(huán)所形成的下降液膜進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)與模擬研究。旋流型洗滌冷卻環(huán)形成的液膜存在同向周向速度分量,使得液膜在沿洗滌冷卻管內(nèi)壁向下流動(dòng)的同時(shí)會(huì)旋轉(zhuǎn)流動(dòng);液膜雷諾數(shù)增大,液膜的旋流程度也將增大,當(dāng)液膜雷諾數(shù)為2.04×104時(shí),至出口處液膜在周向上旋轉(zhuǎn)接近360°。液膜的旋流降低了管內(nèi)溫度場(chǎng)周向上的差異性;與對(duì)置型洗滌冷卻環(huán)相比,因液膜旋轉(zhuǎn)流動(dòng),局部區(qū)域不再因液膜厚度過(guò)大而破裂,液膜整體厚度及周向均勻性有所提升,管內(nèi)壁液膜的覆蓋率高于同條件下對(duì)置型洗滌冷卻環(huán)所形成液膜的覆蓋率,即旋流型洗滌冷卻環(huán)對(duì)垂直降膜的分布效果和抗干壁能力優(yōu)于對(duì)置型洗滌冷卻環(huán)。(4)在實(shí)驗(yàn)尺度洗滌冷卻室實(shí)驗(yàn)和模擬研究的基礎(chǔ)上,建立了工業(yè)尺度洗滌冷卻室內(nèi)流體流動(dòng)和傳熱傳質(zhì)過(guò)程的數(shù)學(xué)模型。工業(yè)尺度洗滌冷卻管內(nèi)液膜在周向上同樣分布不均,所形成的液膜在45°位置處過(guò)厚且易破裂,其他位置液膜厚度較小;0°位置更易發(fā)生干壁現(xiàn)象,不利于裝置正常運(yùn)行。合成氣入口速度較低時(shí)軸向單位長(zhǎng)度上熱量傳遞較大,冷卻水蒸發(fā)速率較快,入口處降溫段長(zhǎng)度較短,氣相中水蒸氣摩爾分率迅速達(dá)到較大值;當(dāng)入口氣速增大時(shí),冷卻水蒸發(fā)速率變慢,降溫段延長(zhǎng);合成氣入口速度由1 m/s增至5 m/s時(shí),出口溫度升高145 K,整個(gè)過(guò)程的熱負(fù)荷有所提升,冷卻水對(duì)合成氣的降溫效果變差。洗滌冷卻室對(duì)冷卻水入口速度和合成氣溫度變化的適應(yīng)性較強(qiáng),合成氣入口速度變化對(duì)裝置運(yùn)行有較大影響。
[Abstract]:In this paper , the heat and mass transfer process of the vertical falling liquid film in the washing and cooling chamber has been studied in this paper . The results show that the average thickness of the liquid film is larger than that of the liquid membrane , and the average velocity of the liquid film is more complicated . ( 2 ) Based on the experimental research , a three - dimensional model of the laboratory scale washing and cooling chamber is established . The model successfully predicts the phenomenon of local liquid film rupture at 0 擄 . The simulation results show that the temperature distribution of the liquid film in the circumferential direction is 1 . 27 脳 104 . ( 4 ) The mathematical model of fluid flow and heat and mass transfer in industrial scale washing and cooling room was established on the basis of experiment and simulation of experimental scale washing and cooling chamber .

【學(xué)位授予單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TQ545

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1 嚴(yán)忠;丁tD才;劉福彥;;用液膜技術(shù)提取鉻、汞[J];環(huán)境科學(xué);1982年02期

2 吳子生;許國(guó)良;嚴(yán)忠;;液膜穩(wěn)定性的研究(Ⅰ)——電容法測(cè)液膜的厚度[J];東北師大學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1985年02期

3 林嘉，

本文編號(hào)：1695016