计算流体力学（简称CFD）是通过计算机进行数值模拟，分析流体流动和传质传热等物理现象的技术。它兼有理论性和实践性双重特点:一方面，通过CFD模拟可显示流体流动过程中发生的现象，加深研究人员对问题的机理理解，以建立更完善的理论和数学模型;另一方面，通过CFD模拟可为实验提供指导，为设计提供参考，通过调整参数，得到相应过程在工程应用中的最佳设计参数。随着计算机硬件技术的发展和数值计算方法的日趋成熟，CFD技术的工程应用也越来越广泛。　　 本文从工程应用角度出发，以计算流体力学仿真技术为主要研究手段，并辅以部分实验验证，对两个工程领域的几个现有装备进行了性能评估和优化设计，具体研究内容有:　　 (1)响应国家“减排”号召，以当前的环境污染大户-燃煤电站-的选择性催化还原(SCR)烟气脱硝系统为研究对象，对脱硝装备进行了性能评估与优化设计。　　 SCR烟气脱硝的技术关键是氨气与烟气的混合气体在进入催化剂层前要浓度分布尽可能均匀、速度分布尽可能均匀且速度矢量方向尽可能垂直于催化剂层。本文分别以一个300MW和660MW的火电机组脱硝系统为具体研究对象，对还原剂氨和烟气的混合过程进行了CFD建模与仿真，结合部分实验的定性验证，研究了现有装置的关键部件对催化剂入口处的烟气速度分布和浓度分布的影响，并提出了导流板、喷氨格栅、混合格栅以及整流器等部件的优化设计方案。主要工作有:　　 ●对当前300MW火电机组脱硝装置进行建模与性能评估，确定了关键组件的作用;针对现有装置的速度分布不均匀问题，开展了导流板的优化设计，包括装置变径处增加一组导流板1和提出的变半径、变弧长优化设计导流板3;针对催化剂磨损问题，开展了整流器优化设计，确定该装备在当前工况下的整流器最小厚度。　　 ●对当前660MW火电机组脱硝装置进行建模与性能评估，指明装置改进方向;针对现有装置的速度分布不均匀问题，开展了导流板的优化设计，包括装置变径处增加一组导流板5、重置导流板1的位置和调整导流板3的布局;针对现有装置的浓度分布不均匀问题，分别进行了喷氨格栅优化设计和混合格栅优化设计，提出了在喷氨咀出口处加装锥形混合器、将圆柱体混合格栅优化成V形柱体混合格栅等。　　 (2)从提高工业效率角度出发，以目前制药系统中应用最广泛的发酵罐为研究对象，对反应器进行了装备性能评估与结构优化，建立低成本、高效率的反应器。　　 表征反应器性能的主要特性参数有气含率、循环液速、气泡尺寸与分布、体积传质系数等。反应器的几何结构、操作变量以及流体的物性参数都会对上述参数产生影响。本文以某制药公司2-KGA生产的200m3发酵罐的1∶12反应器为研究对象，以气含率和循环液速为评价指标，对该装置在当前操作条件下的性能进行了CFD建模与仿真评估，并结合实验验证提出了关键部件如内简直径和喷咀的最优设计方案。主要工作有:　　 ●从节省计算时间，验证设置角度出发，开展了反应器的二维建模与仿真。通过VOF模型捕获当前系统在对应通气量下的气泡，分析气泡尺寸与分布，建立反应器的局部平均气泡直径分布;通过欧拉模型确定网格类型和尺寸，并基于前面建立的局部平均气泡直径分布，对反应器进行二维性能评估，验证仿真设置，为后来开展的三维仿真研究奠定基础。　　 ●从实际应用角度出发，通过反应器的三维仿真与建模来获取更多更准确的流动信息。采用欧拉模型对当前工业使用的两喷咀结构环隙气升式反应器进行了三维建模与仿真;研究了内筒直径对反应器性能的影响，结合实验验证确定了最优内外简直径比;就气体分布器的喷咀个数对气含率和循环液速的影响开展了仿真和实验研究，结合项目需求和限制确定了当前系统的喷咀个数;本文还研究了气体分布器的喷咀安装位置，确定了喷咀的最优水平和垂直安装位置。