加氢技术是指在一定温度和压力下,通过催化剂的催化作用,使原料油与氢气发生反应进而提高油品质量或者得到目标产品的工艺技术。固定床加氢反应器是其常用的设备之一。更优的加氢反应器结构能使气液两相在催化剂床层流量分配均匀,提高反应器效率。本文采用CFD数值模拟方法对加氢反应器内部流场特性进行了研究,主要包括:首先,建立了直径2 m的冷模试验反应器CFD分析模型,将数值模拟结果与冷模可视化试验结果进行对比,两者流态和压降吻合较好,验证了VOF模型和Realizable k-?湍流模型的准确性。其次,建立了工业用5.8 m加氢反应器在油和氢气物料工况下的CFD分析模型。模型包括初始设计的反应器模型和内构件结构改进后的反应器模型,模型节点规模达6.5亿。通过512核超算平台实现了反应器内部全息瞬态模拟,获得了反应器内部流场分布特性。两种反应器模型流场分布对比分析表明:结构改进后入口对第一层液面冲击减弱、加氢腔室增加筛板结构提高了流量分配均匀性、改进的旋流器结构混合破碎效果好且节省了反应器高度上的空间。最后,应用CFD仿真技术,对加氢反应器内两个重要内构件结构参数对流动特性的影响机理开展了模拟研究,包括分配管和旋流器。分配管模拟研究方面:针对开孔率、喉部直径、分配管高度、管内径、溢流孔直径等结构参数建立了17组单根分配管CFD分析模型。获得了这些结构参数对分配管两相流态分布、喷射角和压降等特性的影响规律。通过CFD结果对比分析发现,分配管喷射角的大小是分配管开孔率和分配管内径与喉部直径比值共同作用的结果。提出了基于喉部开孔率与内径喉径比耦合的分配管设计新方法。旋流器模拟研究方面:针对旋流器入口高度、出口高度、入口通道形状、出口挡板形状和内部倒锥等结构参数建立了8组单个旋流器CFD分析模型,获得了这些结构参数对旋流器两相混合特性和流态分布特性的影响规律。通过CFD结果对比分析发现:渐缩入口能提高旋流速度加强两相混合;倒锥结构增大了流动不稳定性且压降提高了一个数量级;进出口高度尺寸减小有利于两相混合且能提高空间利用率等。这些结论为旋流器结构尺寸的改进设计提供了重要参考依据。