[發(fā)明專利]一種球形顆粒表面液相信息識別方法、系統(tǒng)和介質(zhì)

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• 申請日: 2022-02-18
• 公開（公告）號: CN114444362A
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 藍興英;魏斌;石孝剛;高金森;郭潤
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油大學（北京）
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/28;G06F111/10;G06F113/08
• 代理公司: 北京紀凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 趙悅

本發(fā)明屬于石油化工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種球形顆粒表面液相信息識別方法、系統(tǒng)和介質(zhì)，包括：對單顆球形顆粒構(gòu)建雙層O?block結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，基于VOF模型對球形顆粒表面進行模擬；在球形顆粒表面沿半徑方向設(shè)置監(jiān)測線，并計算出監(jiān)測線的液相分率信息；根據(jù)監(jiān)測線的空間位置，判斷每條監(jiān)測線中在球形顆粒表面的網(wǎng)格及每條監(jiān)測線所屬的半球；根據(jù)球形顆粒表面網(wǎng)格上監(jiān)測線的液相分率信息計算球形顆粒表面的液相潤濕率液膜平均厚度、各條監(jiān)測線對應(yīng)的液相體積和球形顆粒表面的持液量，并分上下半球繪制豎直方向的映射云圖。其能夠?qū)Φ瘟鞔矁?nèi)微觀尺度單個球形顆粒上的液相信息進行輔助分析、識別。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種球形顆粒表面液相信息識別方法、系統(tǒng)和介質(zhì)，屬于石油化工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及滴流床加氫反應(yīng)器中床層內(nèi)微觀液相流動狀態(tài)判斷技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

滴流床加氫反應(yīng)器作為柴油加氫脫硫過程中廣泛使用的反應(yīng)器，往往存在反應(yīng)效率低下的問題，因而在實際操作中需要大量過量的循環(huán)氫氣；近些年提出并工業(yè)化應(yīng)用的液相加氫技術(shù)將氫氣溶解在油相中，將大量循環(huán)氫改為大量循環(huán)油的操作方式，雖然在能耗等方面有一定改進，但仍然沒有改變系統(tǒng)中物料大量過量、反復(fù)循環(huán)的問題。

要進一步對滴流床加氫反應(yīng)器進行優(yōu)化就需要對反應(yīng)器內(nèi)部的三傳一反過程有更深入的了解。傳統(tǒng)的研究手段往往只能得到床層整體壓降、液體表觀流速等宏觀、表象的物理量，缺少對床層內(nèi)微觀液相流動狀態(tài)的認知。CFD(Computational Fluid Dynamics)模擬技術(shù)作為近年來隨著計算機算力快速增長一同快速成長起來的研究手段，在越來越多領(lǐng)域的研究中逐漸成為一個重要的研究工具。

運用模擬手段對滴流床內(nèi)部宏觀、介觀、微觀尺度的研究多有報道，從一些角度分析說明了滴流床內(nèi)部的某些特征，但對某一特定數(shù)據(jù)往往缺少如液膜厚度云圖等數(shù)值量化且能直觀反映液相行為的描述方法，對滴流床內(nèi)部氣液相行為細節(jié)的認知還較模糊。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種球形顆粒表面液相信息識別方法、系統(tǒng)和介質(zhì)，其能夠?qū)Φ瘟鞔矁?nèi)微觀尺度單個球形顆粒上的液相信息進行輔助分析、識別。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了以下技術(shù)方案：一種球形顆粒表面液相信息識別方法，包括：對單顆球形顆粒構(gòu)建雙層O-block結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，基于VOF(Volume of Fluid)模型對球形顆粒表面進行模擬；在球形顆粒表面沿半徑方向設(shè)置監(jiān)測線，并計算出監(jiān)測線的液相分率信息；根據(jù)監(jiān)測線的空間位置，判斷每條監(jiān)測線中在球形顆粒表面的網(wǎng)格及每條監(jiān)測線所屬的半球；根據(jù)球形顆粒表面網(wǎng)格上監(jiān)測線的液相分率信息計算球形顆粒表面的液相潤濕率液膜平均厚度、各條監(jiān)測線對應(yīng)的液相體積和球形顆粒表面的持液量，并分上下半球繪制豎直方向的映射云圖。

進一步，球形顆粒表面的液相潤濕率通過將監(jiān)測線位于球形顆粒表面的網(wǎng)格中液相分率大于0的網(wǎng)格數(shù)與所有監(jiān)測線位于球形顆粒表面的網(wǎng)格總數(shù)相除獲得。

進一步，液膜平均厚度的計算方法為：統(tǒng)計在監(jiān)測線上液相分率大于0的球形顆粒表面的網(wǎng)格；以監(jiān)測線內(nèi)每個液相分率大于0的網(wǎng)格的液相分率信息乘以網(wǎng)格在監(jiān)測線方向上的長度，得到該網(wǎng)格內(nèi)液膜厚度；遍歷監(jiān)測線內(nèi)每個液相分率大于0的網(wǎng)格，得到監(jiān)測線位置的液膜厚度；獲得所有監(jiān)測線位置的液膜厚度，將其相加并取平均值獲得液膜平均厚度。

進一步，各條監(jiān)測線對應(yīng)的液相體積通過液膜厚度乘以每條監(jiān)測線代表的表面積獲得；球形顆粒表面的持液量通過對所有的監(jiān)測線對應(yīng)的液相體積求和獲得；映射云圖通過監(jiān)測線的液相分率和液膜平均厚度進行繪制。

進一步，雙層O-block結(jié)構(gòu)網(wǎng)格包括外層結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和內(nèi)層結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，外層結(jié)構(gòu)網(wǎng)格與計算域邊緣及液膜厚度上限關(guān)聯(lián)；內(nèi)層結(jié)構(gòu)網(wǎng)格與液膜厚度上限及球形顆粒表面積關(guān)聯(lián)，內(nèi)層結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的網(wǎng)格密度大于外層結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的網(wǎng)格密度。

進一步，監(jiān)測線的兩端點位置以斐波那契數(shù)列方式排布，監(jiān)測線的兩端點位置計算公式如下：