氣體發生速度

氣體發生速度流動與在多孔介質區域中的流動兩部分。氣體在這兩種不同區域中流動的力學模型與基本方程都是不相同的。

基本介紹

• 中文名：氣體發生速度
• 外文名：gasificationspeed
• 性質：科學
• 類別：物理

基本信息

固定床催化反應器有軸向流、徑向流和軸徑向流等多種型式，軸向流固定床反應器是常見的工業氣固催化劑反應器型式之一[1]，它通常由氣體進口預分布器、自由空間區、固定床層（包括催化劑床層和瓷球層）以及氣體出口收集器等組成．本文將要進行數值計算的是具有單級擋板型氣體進口預分布器和鼠籠型氣體出口收集器的絕熱式軸向流固定床反應器．軸向流固定床反應器性能優劣的重要標誌之一是看固定床層中各部分的催化劑能否得到均勻和充分的利用．為此，在催化劑床層中實現氣體流動速度的均勻分布是軸向流固定床反應器中流體力學設計的重要目標之一．隨著工廠單線能力日趨擴大，掌握大直徑的軸向流固定床反應器內氣流速度均布技術顯得尤為重要，這直接關係到能否充分和有效地利用反應器中的催化劑．但是，這方面技術在國內外均少見公開和詳細的報導．本文將以大直徑的軸向流固定床反應器為研究對象，考慮氣體的可壓縮性，採用半人工瞬變法，對軸向流固定床反應器內可壓縮滲流問題進行數值分析，為最佳化軸向流固定床反應器的設計提供理論依據．根據軸向流固定床反應器的結構和氣體流動特性，可以將反應器內部整個區域中的流動分為在自由空間區域中的

氣體發生速度

氣體發生速度流動與在多孔介質區域中的流動兩部分．氣體在這兩種不同區域中流動的力學模型與基本方程都是不相同的，而且某些流動參量在這兩種不同區域的分界面上是不連續的，因而使問題的分析與計算都具有一定的難度．為了簡化分析與計算，工程上一般採用分區域處理的方法，即在自由空間區域中與在多孔介質區域中分別寫出基本方程組，並在不同的區域中對不同的基本方程組分別進行分析與求解．這樣，雖然能夠使問題的求解與計算比較方便，但是，在每一個區域中進行求解和計算時，在兩種不同區域的分界面上的邊界條件都很難正確給出．因此，使用分區域進行求解的方法還是存在一定的困難，如果這些邊界條件給得不正確，就會使計算結果產生較大的誤差．為了解決這個問題，採用將軸向流固定床反應器中的兩種不同區域合在一起作為一個統一流場進行統一處理的方法．首先，在這個統一流場中建立能夠同時適用於兩種不同區域的統一的基本方程組，然後在軸向流固定床反應器中包含兩種不同區域的統一流場中對統一的基本方程組進行統一的求解與數值計算．用統一流場處理方法的優點是可以避免分區域處理方法中人為給出邊界條件的誤差，以提高計算結果的合理性與精確度．

氣體發生速度

在對軸向流固定床反應器中氣體流動特性的分析過程中，為了簡化分析和數值計算，本文作如下的基本假設：

氣體發生速度1　軸向流固定床反應器中的混合氣體作為可壓縮的完全氣體；

氣體發生速度

2　混合氣體在軸向流固定床反應器中作定常的軸對稱流動；

3　軸向流固定床反應器的瓷球層和催化劑床層中的多孔介質都是均勻和各向同性的；

4　當混合氣體在通過催化劑床層的過程中，由於發生化學反應而使混合氣體中的氣體組分在不斷發生變化，從而使混合氣體的氣體常數R等也在不斷發生變化，為此，假設混合氣體的氣體常數R是關於混合氣體進入催化劑床層以後的移動距離的線性函式；

5　在混合氣體通過催化劑層發生化學反應時，由於產生熱量而使混合氣體的溫度不斷升高，考慮到流場中的溫度差異比較小，故熱傳導可以忽略不計，為此，假設混合氣體的溫度T也是關於混合氣體進入催化劑床層以後的移動距離的線性函式．

氣體發生速度氣體經過進口預分布器時，由於擋板的存在，在自由空間區域中產生了較大的回流區；而在氣流進入固定床層後，氣體的流動速度就較快地趨於均勻．但是，當氣流接近出口收集器時，氣體流動速度的大小與方向都發生了較大的變化．根據數值計算的結果，在這些流動速度不均勻的多孔介質區域中一般都放置瓷球層，從而保證催化劑床層內的氣體流動速度能夠基本保持均勻，使固定床層中的催化劑得到均勻和充分的利用．

氣體發生速度

計算結果能夠較合理地反映出反應器內部的氣體流動情況，從而為最佳化軸向流固定床反應器的設計提供了理論參考．

採用半人工瞬變方法和不等距非正交半交錯曲線貼體格線系是數值求解軸向流固定床反應器內部氣體流動問題的行之有效的方法．此方法不僅計算簡便、計算速度較快，而且計算結果滿足工程精度要求．軸向流固定床反應器內氣體流動的速度和壓力的分布規律都與反應器的結構設計和幾何參數有關，也與混合氣體的物性參數有關．因此，可以通過數值計算方法所得到的速度和壓力分布的分析結果，為反應器結構的合理設計、幾何參數和物性參數的合理選取等最佳化問題提供理論依據，也為配套設備的正確選擇提供技術參考．

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