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  • ISSN 1006-3080
  • CN 31-1691/TQ

管道内高温合成气喷雾激冷过程数值模拟研究

汤渊 潘伟童 梁钦锋 许建良 代正华 于广锁 王辅臣

汤渊, 潘伟童, 梁钦锋, 许建良, 代正华, 于广锁, 王辅臣. 管道内高温合成气喷雾激冷过程数值模拟研究[J]. 华东理工大学学报(自然科学版), 2021, 47(2): 154-162. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20191207001
引用本文: 汤渊, 潘伟童, 梁钦锋, 许建良, 代正华, 于广锁, 王辅臣. 管道内高温合成气喷雾激冷过程数值模拟研究[J]. 华东理工大学学报(自然科学版), 2021, 47(2): 154-162. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20191207001
TANG Yuan, PAN Weitong, LIANG Qinfeng, XU Jianliang, DAI Zhenghua, YU Guangsuo, WANG Fuchen. Numerical Simulation of Spray Shock Chilling Process of High Temperature Syngas in the Pipeline[J]. Journal of East China University of Science and Technology, 2021, 47(2): 154-162. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20191207001
Citation: TANG Yuan, PAN Weitong, LIANG Qinfeng, XU Jianliang, DAI Zhenghua, YU Guangsuo, WANG Fuchen. Numerical Simulation of Spray Shock Chilling Process of High Temperature Syngas in the Pipeline[J]. Journal of East China University of Science and Technology, 2021, 47(2): 154-162. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20191207001

管道内高温合成气喷雾激冷过程数值模拟研究

doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20191207001
详细信息
    作者简介:

    汤渊:汤 渊(1995-),男,湖北天门人,硕士生,研究方向为流动与传热及流体仿真。E-mail:tjkk58@163.com

    通讯作者:

    王辅臣,E-mail:wfch@ecust.edu.cn

  • 中图分类号: TQ545;TK11

Numerical Simulation of Spray Shock Chilling Process of High Temperature Syngas in the Pipeline

  • 摘要: 采用数值模拟方法对管道内高温合成气的喷雾激冷过程进行了研究,考察了喷嘴直径、喷嘴雾化半角和冷却水流量对管内合成气流动与降温过程的影响。结果表明:减小喷嘴直径、增大喷嘴雾化半角和冷却水流量有利于管内合成气降温。为使废热锅炉进口合成气(7472.99 m3/h)从1523.31 K降温至1273.15 K,采用冷却水流量为1.41 kg/s,喷嘴直径为6 mm,喷嘴雾化半角为70°的压力旋流喷嘴能达到预期的降温效果。

     

  • 图  1  管道喷雾模型

    Figure  1.  Pipeline spray model

    图  2  管道网格模型

    Figure  2.  Pipeline mesh model

    图  3  液滴索特平均直径随喷射压差的变化

    Figure  3.  Sauter mean diameter variation of droplet with injection pressure difference

    图  4  管道内速度场

    Figure  4.  Velocity field in the pipeline

    图  5  管道内液滴质量浓度场

    Figure  5.  Droplet mass concentration field in the pipeline

    图  6  不同截面上径向速度变化

    Figure  6.  Variation of radial velocity on different sections

    图  7  流场参数Vz_maxRz随喷嘴直径d0的变化

    Figure  7.  Variation of flow field parameters Vz_max and Rz with nozzle diameter d0

    图  8  不同喷嘴直径d0X=850 mm平面速度场

    Figure  8.  Velocity field on X=850 mm plane of different nozzle diameter d0

    图  9  流场参数Vz_maxRz随喷雾半角θ的变化

    Figure  9.  Variation of flow field parameters Vz_max and Rz with spray half angle θ

    图  10  管道内温度场和X=850 mm截面上的温度分布曲线

    Figure  10.  Temperature field in the pipeline and temperature distribution curve on X=850 mm plane

    图  11  不同喷嘴直径d0下管道内温度场

    Figure  11.  Temperature field in the pipeline of different nozzle diameter d0

    图  12  参数Lr随喷嘴直径d0的变化

    Figure  12.  Variation of parameter Lr with nozzle diameter d0

    图  13  不同喷雾半角θ下管道内温度场

    Figure  13.  Temperature field in the pipeline with different spray half angle θ

    图  14  参数Lr随喷雾半角θ的变化

    Figure  14.  Variation of parameter Lr with spray half angle θ

    图  15  参数Lr随冷却水流量的变化

    Figure  15.  Variation of parameter Lr with cooling water flow rate

    表  1  合成气和冷却水物性参数

    Table  1.   Physical properties of syngas and cooling water

    MaterialsTemperature / KFlow rate / (m3·h−1)Pressure / MPaDensity / (kg·m−3)Relative molecular weightViscosity / (mPa·s)Thermal conductivity / (W·m−1·K−1)
    Syngas1 523.317 472.993.503.6813.560.040.26
    Cooling water448.6804.5818.020.110.62
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    表  2  不同降温要求下冷却水消耗量

    Table  2.   Cooling water consumption of different cooling requirements

    Target temperature / KWater consumption / (kg·s−1)
    1373.150.80
    1323.151.10
    1273.151.41
    1223.151.74
    1173.152.10
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    表  3  合成气各组分摩尔分数

    Table  3.   Mole fraction of different syngas components

    Syngas componentMole fraction / %
    CO25.53
    CO23.57
    H250.05
    H2O19.76
    N20.68
    CH40.41
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  • [1] 古大田, 方子风. 化工设备设计全书: 废热锅炉[M]. 北京: 化学工业出版社, 2002.
    [2] 王辅臣, 代正华, 刘海峰, 等. 焦炉气非催化部分氧化与催化部分氧化制合成气工艺比较[J]. 煤化工, 2006, 34(2): 4-9.
    [3] 王辅臣, 李伟锋, 代正华, 等. 天然气非催化部分氧化制合成气过程的研究[J]. 石油化工, 2006, 35(1): 47-51.
    [4] 李超, 代正华, 王辅臣, 等. 一种高温火管式废热锅炉管板冷却室: CN 104791747A[P]. 2015-07-22.
    [5] 李超, 黄波, 代正华, 等. 火管式余热锅炉管板冷却室内流动传热研究[J]. 中国电机工程报, 2015(17): 4423-4429.
    [6] 方浩, 代正华, 许建良, 等. 火管式废热锅炉管板冷却室内流动、传热与热应力研究[J]. 高校化学工程学报, 2018, 32(1): 60-66.
    [7] 钟小萍, 张明会. 硫磺回收装置余热锅炉泄漏原因分析及设计改进[J]. 石油化工设备, 2018, 47(5): 42-47.
    [8] WANG Y, HU Y, HUANG Q, et al. Transient heat transfer study of direct contact condensation of steam in spray cooling water[J]. Transactions of Tianjin University, 2017, 24(2): 131-143.
    [9] 薛绒, 阮一逍, 赖欢, 等. 低温风洞大空间液氮喷雾冷却数值模拟分析[J]. 低温工程, 2019, 227(1): 39-44.
    [10] KIM J. Spray cooling heat transfer: The state of the art[J]. International Journal of Heat and Fluid Flow, 2007, 28(4): 753-767. doi: 10.1016/j.ijheatfluidflow.2006.09.003
    [11] TISSOT J, BOULET P, TRINQUET F, et al. Air cooling by evaporating droplets in the upward flow of a condenser[J]. International Journal of Thermal Sciences, 2011, 50(11): 2122-2131. doi: 10.1016/j.ijthermalsci.2011.06.004
    [12] TISSOT J, BOULET P, LABERGUE A, et al. Experimental study on air cooling by spray in the upstream flow of a heat exchanger[J]. International Journal of Thermal Sciences, 2012, 60: 23-31. doi: 10.1016/j.ijthermalsci.2012.06.005
    [13] 于广锁, 倪建军, 郭庆华, 等. 辐射废锅内气固两相流场的冷态测试与数值模拟[J]. 高校化工工程学报, 2012, 26(1): 61-68.
    [14] ANSYS Inc. Ansys Fluent Theory Guide [M]. Canonsburg, Pennsylvania: ANSYS Inc, 2011.
    [15] MILLER R S, HARSTAD K, BELLAN J. Evaluation of equilibrium and non-equilibrium evaporation models for many droplet gas-liquid flow simulations[J]. International Journal of Multiphase Flow, 1998, 24(6): 1025-1055. doi: 10.1016/S0301-9322(98)00028-7
    [16] 曹建明. 液体喷雾学[M]. 北京: 北京大学出版社, 2013.
    [17] 尹柯, 王亦飞, 刘海峰, 等. 喷雾激冷室喷嘴特性及喷嘴选型[J]. 华东理工大学学报(自然科学版), 2011, 37(2): 156-162.
    [18] COUTO H S, CARVALHO J A, BASTOS-NETTO D. Theoretical formulation for sauter mean diameter of pressure-swirl atomizers[J]. Journal of Propulsion and Power, 2011, 13(5): 691-696. doi: 10.2514/2.5221
    [19] 高玉国. 火管式废热锅炉管内流动与传热过程的研究[D]. 上海: 华东理工大学, 2010.
    [20] SORIANO-TALAO O J, SOMMERFELD M, BURKHARDT A, et al. Modelling the influence of the nozzle geometry on the primary breakup of diesel jets[J]. Interna-tional Journal of Spray and Combustion Dynamics, 2014, 6(2): 113-146. doi: 10.1260/1756-8277.6.2.113
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-12-07
  • 网络出版日期:  2020-09-18
  • 刊出日期:  2021-04-02

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