超临界水氧化反应器内废液轨迹模拟分析.pdf
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1、CFHI2023 年 第 3 期(总 213 期)CFHI TECHNOLOGY蒸发壁式反应器作为超临界水氧化系统的核心设备,反应区及反应器出口温度是反应器设计的关键,不但直接影响系统的安全性,也对有机废液的降解起决定性作用。喷嘴作为反应器的重要组成部件,它不但提供各种反应物料进入反应器的通道,其结构形式更是直接影响有机废液进入反应器后的运动轨迹。由于反应器的超临界工作环境,以及设备结构本身的限制,无法通过可视化的实验或其他测量手段获得废液在反应器内的运动情况。因此,数值模拟方法成为追踪燃料在反应器内部运动轨迹的重要手段。本文采用 Fluent 软件进行模拟计算。1离散相模型概述Fluent
2、中有两种处理多相流的数值计算方法:欧拉-欧拉方程、欧拉-拉格朗日方程。欧拉-拉格朗日离散相模型遵循欧拉-拉格朗日方程1。流体相被处理为连续相,直接求解时均纳维-斯托克斯方程,而离散相是通过计算流场中大量的粒子、气泡或者颗粒的运动得到的。离散相和流体相之间可以有动量、质量和能量的交换。该模型的一个基本假设是,作为离散相的第二相的体积比率应很低,一般要求小于 10%12%。即便如此,较大的质量加载率仍能满足。在超临界水氧化反应过程中,燃料和空气通过喷嘴进入反应器发生超临界水氧化反应。喷嘴采用双通道同轴直流结构形式:环隙通道喷入液体燃料,中心通道喷入空气。空气支路不仅为反应提供氧化剂,也提供将燃料破
3、碎成细小液滴的动力,加速燃烧过程。液体燃料的燃烧,实际上是液体表面汽化形成的燃料蒸汽的燃烧,蒸发汽化过程决定着整个液体燃料的燃烧过程。本文采用 Fluent 软件的离散相模型,将有机废液看做以一定的初始条件射入反应器内的一组液滴,追踪这些液滴在反应器内流场作用下的运动轨迹。2热工模拟模型2.1几何模型本计算基于某中试装置反应器尺寸建模(见图1)。有机废液和空气通过喷嘴进入反应器内发生超1.一重集团大连工程技术有限公司高级工程师,辽宁大连116600超临界水氧化反应器内废液轨迹模拟分析李风风1,王四芳1摘要:采用有限元模拟方法,分析计算有机废液进入超临界水氧化反应器后的运动轨迹,分析液滴初始入射
4、直径及初始入射角对运动轨迹的影响。关键词:超临界水氧化;有机废液;离散相模型;运动轨迹中图分类号:X703文献标识码:B文章编号:1673-3355(2023)03-0004-04Simulation Analysis of Track of Waste Liquid in Supercritical Water Oxidation ReactorLi Fengfeng,Wang SifangAbstract:This paper calculates and analyzes the the motion track of the organic waste liquid after ent
5、ering the supercirticalwater oxidation reactor by using finite element simulation method,and analyzes the influence of the initial incidence diameterand initial incidence angle of the droplet on the motion track.Key words:Supercritical water oxidation;organic waste liquid;discrete phase model;motion
6、 track10.3969/j.issn.1673-3355.2023.03.004112023 年 第 3 期(总 213 期)CFHI一重技术图 2模型网格表 125 益、23 MPa 下稳态运行入口边界条件(l/s)临界水氧化反应。喷嘴采用同轴直流结构,空气由中心通道进入,废液由环隙进入。冷却水从反应器与内衬管之间的环隙,经多孔内衬管渗入反应器内腔,在内衬管内壁面形成水膜,避免内衬管被高温烧蚀。同时,冷却水的冷却作用还可在反应器出口区域形成亚临界区域,使超临界反应析出的无机盐类重新溶于水后排出反应器,避免反应器被腐蚀。为简化计算,本文采用轴对称模型,笔者做如下假设:(1)计算中的燃料是水
7、和有机物的混合物,在DPM 模型中,水必须处理为离散相,而间壁水区域的水又是连续相,会造成模型冲突。因此,计算模型只能包含内腔区域,不能考虑多孔区域与间壁区域。(2)废液经高压泵加压,由喷嘴打入反应器内,计算时不考虑废液在喷嘴内部的行程,直接在喷嘴环隙出口进入反应器内。(3)本计算重点追踪燃料进入反应器后的运动轨迹,所有壁面均假设为绝热壁面。2.2网格划分笔者对模型划分四边形结构化网格,提高计算效率,在重点关注区域(喷嘴、火焰喷射区域及反应器出口)进行网格细化,最终得到网格数量为 8万(见图 2)。2.3边界条件入口边界条件的数据来源于中试装置试验数据,选取系统达到超临界工况后稳定运行的时间段
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