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冷氢箱是加氢反应器重要内构件之一，是上部床层流下的高温流体与从外部冷氢管注入的冷氢气进行快速混合换热的场所。针对传统冷氢箱存在的流动湍动程度低和接触面积小的缺陷，本文开发了一种射流旋流式冷氢箱，充分利用气体动能和旋流结构，并通过引入Froude数和机械能衡算建立了描述旋流运动的数学模型。 通过直径1m的大型反应器冷模实验，在气体喷射速度10～80m·s-1和液体进口速度0.2～0.7m·s-1条件下，对射流旋流式冷氢箱的传质和流体力学行为进行了考察。采用氧吸收法测量了液相体积传质系数kLa，空气-Na2SO3溶液化学吸收法测量了相界接触面积a，并测量了冷氢箱内流体的停留时间和压降。研究表明，kLa和a均随气体喷射速度和液体进口速度的增大而增大，其中受气体速度变化的影响更为明显，得到了传质参数与气液流动参数的关联式。流体力学实验也表明射流旋流式冷氢箱的结构有效延长了液体停留时间，且压降始终处于较低的范围。 采用计算流体力学(CFD)的方法对射流旋流式冷氢箱的气液流动和混合换热过程进行了模拟。运用大涡模拟的方法研究了气体射流破碎过程，发现射流瞬间流场产生了大量的涡旋结构，造成很大的湍动;对冷氢箱整体的模拟结果表明旋流结构极大地延长了流动轨迹，提高了气液接触面积和相互作用。传热过程的模拟也表明新型冷氢箱具有良好的换热性能，热气体的热量利用率在80％以上，且随着液速的增大而提高，实验和模拟结果也具有很好的吻合性。