随着世界经济的不断发展,冶金、化工等大规模工业对工业气体需求的急剧增加,促使制氧机向大型化、低能耗化发展。径向流吸附器因其具有占地面积小、床层压降小、再生能耗低等优点,在国内外大型和超大型制氧机中得到了广泛应用。然而,径向流吸附器内通常存在着沿床层轴向高度流体沿径向流量分配不均的问题,不仅降低了床层吸附剂的利用率和纯化系统再生的切换时间,增加纯化系统的阀门切换损失,而且还可能会造成制氧机的运行安全问题。目前,对吸附器内流体均布机理研究尚不完善,流体流动的多维数值计算研究亦存在不足,更缺乏对吸附器内的速度场进行直接测量和吸附器放大设计技术。针对上述问题,本文开展了以下研究工作：1.建立了描述径向流吸附器外分布流道内无量纲轴向速度剖面普适的一维数学模型,在系统研究了吸附器结构参数和运行工况对速度剖面影响的基础上,提出了一普适的径向流吸附器的设计思路本文通过对径向流吸附器内、外分布流道的压降分析,并结合径向流体流动的一维床层压降公式,得到了不同径向流流动型式下外分布流道内无量纲轴向速度剖面曲线u(y)控制方程,通过比对文献中的实验数据,模型的有效性得到了验证。以Z型径向流单层床模型为例,对吸附器的结构参数及运行工况对外分布流道内无量纲轴向速度剖面曲线u(y)的影响进行了相应的数值模拟,计算结果表明：床层轴向高度和吸附剂颗粒直径的增加均会导致速度剖面曲线u(y)更加非线性化,导致床层内流场分布更加不均匀；在所模拟的特定结构参数和运行工况下,流量和外分布流道截面积均对速度剖面曲线u(y)没有影响。在上述理论基础上,提出了一种不同尺度的、普适的径向流吸附器设计思路,即在给定运行工况下,通过对特定模型方程的求解,得到吸附器在不同结构参数组合下外分布流道内的无量纲速度剖面曲线u(y),经转换后得到床层的径向速度分布,进而得到流场的不均匀度,如求得的不均匀度满足设计要求,则设计结束；反之,重新选择一组床层结构参数,重复上述计算过程。上述设计思路可用来对吸附器的结构参数进行优化组合,进而来降低流场的不均匀度,从而提高吸附器的操作性能。2.建立了吸附器内流体流动的二维数值模型,对不同流量及吸附剂颗粒直径下流体在径向床层内的流场特征进行了二维数值模拟研究,提出了一种新的改善吸附器内流体均布的方法本文应用计算流体力学(CFD)的方法,建立了Z型径向流吸附器内流体流动的二维数值模型,并对不同流量及吸附剂颗粒直径下流体在径向床层内的流场特征进行了系统的二维数值模拟,计算结果表明：流量对吸附器内流场均布基本没有影响；吸附剂颗粒直径越小,流场不均匀度越小。在上述模拟结果及分析的基础上,提出了一种能改善吸附器内流体均布的方法,即在内分布流道内插入一根圆管,通过改变内、外分布流道内的压降规律来降低吸附器内流场的不均匀度,并进行了相应的数值模拟。计算结果表明,插入圆管后,流场不均匀度及床层径向压降均有较大幅度的降低。该方法可用来改善径向流吸附器内的流场均布,从而提高吸附器的操作性能。3.自行搭建了Z型径向流吸附器流体均布PIV测试实验台,以空气为工质进行了吸附器内流体流动的PIV初步实验本文自行搭建了Z型径向流吸附器流体均布PIV测试实验台,主要由吸附器、风机、缓冲罐以及测量系统四部分组成。以空气为工质进行了吸附器内流体流动的PIV初步实验,得到了吸附器外分布流道内的速度分布及沿轴向变化的床层径向压降分布。通过将理论值与实验值的比较与分析,验证了本文理论模型的有效性,并分析了造成理论值与实验值间偏差的原因。在上述基础上,对目前以径向压降大小沿轴向分布的一致性来表征流场均布的有效性进行了初步的分析,实验结果及分析表明,为了使床层径向压降沿轴向的一致性能较好的作为流场均布一致性的判据,应使外分布流道内的平均轴向速度不易过大,以使得无量纲径向压降与径向速度的变化趋势相一致。该结论对吸附器的合理设计具有一定的理论指导意义。