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反应器设计中的流动特性研究在化学工程和相关领域中，反应器的设计是至关重要的环节，而其中流动特性的研究更是核心所在。
流动特性直接影响着反应物的混合、传热、传质等过程，从而决定了反应的效率、选择性以及产物的质量和产量。
要理解反应器中的流动特性，首先得明白什么是流动。
简单来说，流动就是物质在空间中的运动和分布。
在反应器中，反应物以一定的速度和方式在内部流动，这种流动不是简单的、均匀的，而是复杂多变的。
流动特性包括很多方面，比如流速分布、流型、停留时间分布等。
流速分布指的是反应流体在不同位置的速度大小和方向。
如果流速分布不均匀，就可能导致局部反应过度或者不足。
流型则描述了流体流动的形态，常见的有层流、湍流等。
层流时，流体分层流动，各层之间相对平稳；而湍流中，流体呈现出不规则的、剧烈的混合状态。
停留时间分布反映了不同反应物分子在反应器内停留时间的差异，它对反应的转化率和选择性有着重要影响。
为了研究反应器中的流动特性，科学家和工程师们采用了各种各样的方法和技术。
实验研究是其中非常重要的一种手段。
通过使用先进的测量设备，如激光多普勒测速仪、粒子图像测速仪等，可以直接测量流体在反应器内的速度和流动状态。
这些设备能够提供高精度、高时空分辨率的数据，帮助我们深入了解流动的细节。
数值模拟也是研究流动特性的有力工具。
借助计算机模拟软件，基于流体力学的基本原理和数学模型，可以对反应器内的流动进行模拟和预测。
通过调整模型的参数和边界条件，可以模拟不同的操作条件和反应器结构下的流动情况，从而为反应器的设计和优化提供理论依据。
在实际的反应器设计中，需要充分考虑流动特性对反应的影响。
以管式反应器为例，如果要进行一个快速反应，通常希望流体处于湍流状态，以增强混合效果，提高反应速率。
但如果是一个对选择性要求很高的反应，可能需要控制流体流动，使其接近层流，以减少副反应的发生。
另外，反应器的结构和尺寸也会对流动特性产生显著影响。
比如，增加反应器的直径或者改变管道的弯曲程度，都可能改变流体的流速分布和流型。
反应气相对湿度对PEMFC性能的影响李升进;楼国锋;王晓东;张欣欣【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2008(32)9【摘要】反应气相对湿度影响电池内部水的输运和质子膜的质子传导率,合适的反应气湿度可改善电池性能.利用三维数值模型分析反应气相对湿度对直通流道和交叉流道质子交换膜燃料电池性能的影响.模拟结果表明,当阳极反应气相对湿度为100%时,低操作电压条件下,降低阴极反应气相对湿度有利于电池性能提高,然而在高操作电压条件下,电池性能随阴极相对湿度的增加而提高;当阴极反应气相对湿度为100%时,低操作电压条件下,降低阳极反应气相对湿度,电池性能提升,高操作电压条件下,电池性能不依赖于阳极反应气相对湿度.通过对电池内部局部传递特性的分析,从质子交换膜湿润性及阴极传质限制两方面分析探讨了反应气相对湿度对电池性能影响的原因.【总页数】4页(P580-583)【作者】李升进;楼国锋;王晓东;张欣欣【作者单位】北京科技大学,机械工程学院,热能工程系,北京,100083;北京科技大学,机械工程学院,热能工程系,北京,100083;北京科技大学,机械工程学院,热能工程系,北京,100083;北京科技大学,机械工程学院,热能工程系,北京,100083【正文语种】中文【中图分类】TM911.4【相关文献】1.导流筒分布器位置对环隙气升式气固环流反应器流体力学性能的影响 [J], 刘梦溪;牛占川;卢春喜;王祝安2.镍基气凝胶催化CH4-CO2重整制取合成气反应的研究Ⅱ.制备方法对Ni/CeO2-Al2O3催化剂反应性能的影响 [J], 陈吉祥;李玉敏;王日杰;张继炎3.PEMFC阴极中氧扩散和电化学反应模型研究Ⅱ. TFFA模型参数对电极性能的影响 [J], 王晓琳;何雨石;庄铭军;徐艳辉4.不同气体相对湿度与氧气流量下梯度磁场对PEMFC工作性能的影响 [J], 刘中俊;吴懋亮;孙玄锴;孙翰霆;白金婷5.分布器结构对环隙气升式气固环流反应器流体力学性能的影响 [J], 孔双祝;牛占川;刘梦溪因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
旋片环隙气升式环流反应器的局部气含率李博;赵德智;刘永民;郭秋丽;贾宝军【摘要】为了进一步强化气升式环流反应器的流动、传质、混合性能,设计开发了新型的旋片环隙气升式环流反应器.该反应器以有机玻璃为材料,外管高1 800 mm、内径90 mm、导流筒总长1 600 mm、主体直径50 mm,其特征是导流筒上附有若干组旋片,每组旋片间距110 mm.在表观气速为0.37～2.59 cm/s的条件下,研究了底部间隙、固体装载量以及不同分配器材料对该反应器内气含率的影响规律.结果表明,在相同轴向高度的条件下,随着表观气速的增大,上升区局部气含率增大;固体装载量增加,上升区局部气含率增加;底部间隙变大,低气速下局部气含率变大;在高气速下,气含率变小.在较低表观气速下,微孔分布器的局部气含率低于高分子材料的局部气含率;当表观气速较高时,结果相反.【期刊名称】《辽宁石油化工大学学报》【年(卷),期】2016(036)003【总页数】4页(P20-23)【关键词】气升式;环流反应器;旋片式;气含率;导流筒【作者】李博;赵德智;刘永民;郭秋丽;贾宝军【作者单位】辽宁石油化工大学化学化工与环境学部,辽宁抚顺113001;辽宁石油化工大学化学化工与环境学部,辽宁抚顺113001;辽宁石油化工大学化学化工与环境学部,辽宁抚顺113001;辽宁石油化工大学化学化工与环境学部,辽宁抚顺113001;中国石油抚顺石有化公司石油三厂,辽宁抚顺113001【正文语种】中文【中图分类】TQ052.5我国生产的石油相对其他国家而言,渣油含量较大。
因此，如何高效率地加工石油对于社会的进步、能源的高效利用与发展有着极其深远的意义。
悬浮床加氢裂化工艺是一种高效处理重油的方法，虽然提高重油悬浮床加氢过程转化率的关键是选择性能优异的催化剂[1-2]，但是不能过多地依赖催化剂性能的提升来解决悬浮床加氢过程中的问题[3]，在选择性能优异的催化剂的同时，还应通过优化操作条件、优化反应器的结构等来提高加氢过程的转化率。
级间隙高度和表观气速对多级环流反应器混合和传质的影响陶金亮;黄建刚;肖航;杨超;黄青山【摘要】针对应用广泛的简单多级环流反应器,研究了级间隙高度和表观气速对其混合和传质的影响规律.发现简单多级环流反应器的各级存在着非正常流动、过渡及正常流动三个典型流动状态,且流动状态的转变存在着受级间隙高度影响的两个临界表观气速,并提出了相应的预测模型.研究结果表明:级间隙高度越大,多级环流反应器内形成正常流型所需的表观气速越大;各级上升管和降液管的气含率会增高,且相同条件下第三级气含率最大,第二级次之,第一级气含率最小;各级的循环液速会增大,且第一级循环液速最大,第二级次之,第三级最小;混合时间会缩短,而传质系数会增大.本研究可为工业多级环流反应器的科学设计、放大和操作提供重要指导.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2018(069)007【总页数】13页(P2878-2889,封3)【关键词】多级环流反应器;级间隙高度;气含率;循环液速;传质;两相流【作者】陶金亮;黄建刚;肖航;杨超;黄青山【作者单位】河北工业大学化工学院,天津300130;河北工业大学化工学院,天津300130;中国科学院青岛生物能源与过程研究所,山东青岛266101;中国科学院青岛生物能源与过程研究所,山东青岛266101;中国科学院青岛生物能源与过程研究所,山东青岛266101;中国科学院过程工程研究所,中国科学院绿色过程与工程重点实验室,北京 100190;中国科学院青岛生物能源与过程研究所,山东青岛266101;中国科学院过程工程研究所,中国科学院绿色过程与工程重点实验室,北京 100190【正文语种】中文【中图分类】TQ021.1引言环流反应器是一类高效的气-液或气-液-固多相反应器[1]，具有结构简单，传质和传热性能好，能耗低等优点[2-3]。
环流反应器是从鼓泡塔发展而来的，与鼓泡塔相比，其突出优点是反应器内的流体存在着定向流动，可显著减少液相的无规则流动，循环液速比较高[4]。
clearly underst ood. De partments at all level s shoul d strictly im plement the check i n the Office of party Committee evaluation, sig nificant a ccounta bility a nd rewar d incentive system, pay close attenti on to duty ca sh a nd maki ng unit y, rights, re sponsibil ities, a nd to i ns pire each of ca dres spirit and morale, Super courage. Investee insists, i s a dee p topic, i s a real pr oblem, i s a big issue. Today, I just combi ned t his yea r, the city's Communist Party Committee Office, had some rough talk a nd understanding, w e must strengt hen re search and excha nges i n this regar d in the future. Investee i n the new year, we must hol d high t he ba nner of Deng Xia opi ng theory a nd t he "three re prese nts" theory t he great ba nner of, under the correct lea dership of the CPC, a dhere t o the people-orie nted, i nsist on trut h, adhere first to excell ence, efforts to do Office w ork to a new level. S peech at the Conference on t he system of gover nment offices i n the city around the development of servi ce functi on to create a ne w situation in the work of the Office of the city's system of Gover nment--speech at the Confere nce on the system of governme nt offices in t he cityThis system of government offices worki ng in t he city's main task i s to st udy Governme nt systems of administrative supervisio n, a dministrative informati on, a dministrative re cepti on a nd i nformation te chnol ogy issues. For the me eting, t he City May or Ma has made importa nt instr ucti ons, the Municipal Gover nment Office fully pre pared brewi ng, combi ned wit h pra ctical w ork to develop the noti ce on furt her strengt heni ng the supervisi on w ork, the XX, Chief Informati on i nterim measures for 2005 a nd t he city's system of Governme nt Administrati on i nformatization construction task statement and other docume nts. Before the Ge neral Assembly a nd organizati on of counties (di stricts) of the scene t o observe t he Government Office, a chieve t he purpose of excha nges of w ork, thoug ht. Today, the ang Mayor also attended t he meeting and delivere d an im porta nt spe ech in t he midst, hope g ood grasp of implementati on. Next, I would l ike to make a few remarks. A, and around Center, l ook s at devel opment, strengthe ned service, city gover nment system Office w ork rendering atmosphere in re cent years, city governme nt system Office to华东理工大学2013—2014学年第一学期《反应器分析》课程论文 2013.10班级__________ 学号____________ 姓名____________开课学院________________ 任课教师____________成绩__________ 论文题目：论文要求：1、内容要求与化学反应过程及化学反应器相关。
导流筒高度对气固环流反应器流动特性的影响牛犁;刘梦溪;孟振亮【摘要】To study the effect of the height of the draft tube on the loop reactor flow characteristics, the model of a gas-solidcirculating fluidized bed in a loop reactor was established based on Euler - Euler method using Energy Minimization Multiscale(EMMS) drag force model with the particle kinetic theory. The appropriate model parameters were determined by comparing the experimental data.The height of draft tubes was studied and optimized using the established model and the effects of changes of the height of the draft tubeon the average bed density, mass flow rate and other factors were investigated. Results showed that the gas-solid airlift loop reactor(GSALR) with a 1.4 m high draft tube performed better and an average mass flow rate was higher than that of the original device with a 1.2 m draft tube by 36.17%.%为了研究导流筒高度对环流反应器内流动特性的影响,基于欧拉-欧拉方法,采用基于多尺度结构的EMMS曳力模型,结合颗粒动力学理论,建立了环流反应器内气固两相流动模型,通过对比实验数据,确定了合适的模型参数.采用已建立的流动模型,对导流筒高度进行了优化研究,考察了导流筒高度变化对平均床层密度、质量流率和环流速率等参数的影响.结果表明,导流筒优化高度为1.4 m时,环流效果较好,其平均质量流率比原装置(HD为1.2 m)提高了36.17%.【期刊名称】《化学反应工程与工艺》【年(卷),期】2016(032)002【总页数】8页(P106-113)【关键词】气固环流反应器;数值模拟;结构优化;导流筒高度【作者】牛犁;刘梦溪;孟振亮【作者单位】中国石油大学(北京)重质油国家重点实验室,北京 102249;中国石油大学(北京)重质油国家重点实验室,北京 102249;中国石油大学(北京)重质油国家重点实验室,北京 102249【正文语种】中文【中图分类】TQ018;TQ052.5环流反应器（GSALR）是一种高效的多相反应设备，因其具有结构相对简单、相间接触与混合性能好、传质系数高和易于操作等优点，环流反应器在化学工业、生物工程、冶金化工及环保等相关领域已经得到了广泛应用[1]。
近年来，国内外学者对环流反应器研究主要集中在气-液[2，3]和气-液-固[4，5]三相体系，而对气-固体系的环流反应器的研究则鲜有报道。
已有研究表明，气-固体系也可以秉承其他体系的优点，近年来新开发的气固密相环流新技术，已经成功用于石化领域的多个关键装备上，包括再生催化剂外取热器、石油焦的燃烧器和待生催化剂汽提器等[6-10]。
在中心气升式气-固环流反应器中，环流效果很大程度上取决于导流筒的结构参数，它对环流反应器的流体力学和传质传热特性具有重要的影响，有必要对该结构深入研究。
随着计算机水平的飞速发展，计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）在多相流的研究中逐渐发挥重要作用，本工作采用CFD方法，对中心气升式气-固环流反应器的流体力学特性进行模拟研究，通过建立数值模型，对导流筒高度进行优化，为气-固环流反应器工业放大、设计和优化奠定理论基础和技术指导。
模拟对象为中心气升式气-固环流反应器，装置见图1。
装置总高5 460 mm，床体尺寸Ø300 mm×7 mm，高2 900 mm，导流筒尺寸为Ø220 mm×8 mm，高1 200 mm。
采用PV-6D型颗粒密度、速度测定仪（中科院过程工程研究所）分别测定导流筒区、气固分离区、环隙区和分布器影响区的不同截面的床层密度和颗粒速度，该仪器利用了床层密度与光纤反射光的强度成一定函数关系的原理进行测量，并通过计算两通道信号的互相关函数得到颗粒的运动速度。
更多实验细节请见文献[11]。
通过Fluent前处理软件Gambit建立物理模型进行，并使用Fluent 6.3.26进行计算。
模拟计算中固体颗粒为FCC催化剂，气相为空气，气相入口为速度入口，速度均匀分布，出口为压力出口。
气相采用无滑移壁面边界，固相采用Johnson和Jackson壁面条件处理。
使用分离式求解器进行非稳态计算，当模拟收敛且结果不随时间变化时说明已达到稳态。
因为气升式环流反应器内部流动是三维的非稳态的流动，二维模型虽然可以节省计算资源，但并不能反映反应器内部三维的流动状况，所以本工作在三维坐标系下对环流反应器进行模拟，压力速度耦合采用SIMPLE算法，对流相采用二阶迎风格式。
计算时间步长选0.000 5 s，最大迭代步数为40步，时均统计时间选取为计算达到平衡时开始，统计10 s，Fluent其他模型参数设置见表1。
采取了3种颗粒最大堆积系数（0.60，0.65和0.70）来考察该参数对环流反应器中气固相流场的影响。
结果表明，床层颗粒最大堆积系数为0.65时，预测结果与实验值较为接近。
此外，综合考虑计算结果的准确性以及运算资源的限制，最终确定网格数量为2.5×105，模拟时间为30 s[12]。
采用双流体模型（又称欧拉-欧拉模型）进行三维床的模拟，每个微元内两相流动服从流体力学基本方程组，固相应力采用的是颗粒动力学理论（KTGF）进行封闭，曳力模型采用的是基于结构的EMMS（Energy-Minimization Multi-Scale）模型（SFM）。
SFM基本方程如下：气相质量守恒方程：固相质量守恒方程：稀相力平衡方程：介尺度力平衡方程：密相力平衡方程：基于结构的曳力系数（βe）：稳定性条件：气泡经验关联式：采用的曳力模型是基于结构的EMMS模型，气泡为系统中的介尺度结构，与传统的双流体模型曳力相比，该模型将整个系统分为气泡相、乳化相以及相间作用相，考虑了不均匀结构对气固曳力的影响，对均匀化的曳力模型进行了修正。
对导流筒区表观气速为0.4 m/s，颗粒静床层高度为1 200 mm时，中心气升式环流反应器内的流场进行模拟，导流筒区不同轴向位置的平均固含率分布见图2。
可以看出，模拟值与实验值[12]较为接近，说明该模型能够较好地反映出反应器内两相的流场变化。
由图2可以看出，导流筒区的时均固含率随径向位置的增加而增加。
这是由于床层各径向位置都同时存在气泡、乳化相的两相结构，气固流化床中气泡相倾向于由床层中心向上流动，所以中心区气泡相所占的比例较大，边壁区气泡相所占的比例较小，从而呈现出时均固含率中心低边壁高的趋势。
而环隙区的时均固含率沿径向位置增大的方向变化并不明显，分布比较均一。
这是由于环隙区宽度仅为33 mm，受壁面效应的影响较为显著。
图3为导流筒区和环隙区内颗粒轴向速率沿径向的分布。
由图可知：导流筒区速率的模拟值略大于实验值，但变化趋势基本吻合；从不同轴向位置的径向速率分布可以看出，固体颗粒在整个导流筒的床层截面分布比较均一。
在中内环表观气速为0.4 m/s，外环表观气速为0.05 m/s的条件下，考察不同导流筒高度对环流反应器流体力学性能的影响。
图4为不同导流筒高度（HD）下床内颗粒体积分率的云图，图5为底部区域（h 为112 mm）内床层密度随导流筒高度的变化。
由图可看出：导流筒区的密度沿径向分布变化比较大，而环隙区的密度分布比较均一，且环隙区的平均密度值大于导流筒区；从床层密度沿径向的分布来看，中心区域（r/R 为0.2～0.4）密度分布相对较为均匀，而在导流筒边壁处，密度值则明显减小。
这与常规流化床的密度分布有较大的差别。
沈志远[12]等发现，在底部区域伴随着颗粒的环流还存在一定的窜气现象，由外环窜至内环的气体倾向于沿着边壁向上流动，造成近壁面处床层密度减小。
由图5可见，窜气现象随着导流筒高度的增加而逐渐明显起来，当HD 为1.4 m时已经变得十分显著了。
随着轴向位置的增加，这一趋势逐渐变弱直至消失。
图6为不同导流筒高度下颗粒轴向速率沿径向的分布曲线。
由图可知，当导流筒高度为0.6，0.8 和1.2 m时，颗粒轴向速率沿径向分布变化不大，当导流筒高度为1.0和1.4 m时，颗粒轴向速率较大，其中在导流筒区两者大小相近，在环隙区，当导流筒高度为1.4 m时，颗粒向下的速率较大。
环流速率是中心气升式气固环流反应器流体力学性能的重要指标，通过环流反应器各区域流体力学特性及图7分析可知，环隙区的颗粒近似呈现平推流，流动形式较为简单，故本工作采用环隙区颗粒的下降速率作为环流反应器的环流速率，图8为环隙区颗粒速率沿轴向的变化（HD为1.2 m）。
由图可知，在轴向高度h/HD 为0.58～0.83，颗粒速率随轴向高度的减小而逐渐降低，说明在该段内颗粒速率下降幅度逐渐减小。
这是由于颗粒从导流筒区进入环隙区时，夹带气体量较大，颗粒在环隙区顶部向下运动，同时也是快速脱气的过程，气体施加给颗粒的曳力促使颗粒速率逐渐减小。
在环隙区高度（h/HD）为0.08～0.58，固体颗粒速率随着轴向高度的降低呈现增大的趋势，这一方面是由于大部分夹带气体已被脱除，气体施加给颗粒的曳力减小，另一方面是重力作用的结果。
在环隙区底部位置处（h/HD 小于0.083），由于气体分布器以及从环隙区到气体分布器影响区流通截面积的突然扩大，使得该段的颗粒向下的速率减小。
通过对环隙区颗粒速率的轴向分布的分析发现，选取环隙区中上部位置（h/HD为0.5～0.75）的平均速率作为环流反应器的环流速率，其他导流筒高度的环流速率的选取与此类似。
图9为导流筒高度对环流反应器环流速率的影响。
由图可知，环流反应器的环流速率随导流筒高度增大而增大。
当导流筒高度为1.4 m时，导流筒区与环隙区颗粒平均密度相差较大，压力差较大导致其环流速率远远高于其他导流筒高度时的环流速率。
