风致塔体振动对筛盘上气-液两相流场影响的数值模拟

摘要

对于板式塔上气-液两相流的研究一直是化工领域的热点课题。本文分别对静止和风致塔体振动时，某石化项目中典型的筛板塔盘上气-液两相流场进行了模拟和探究。具体工作和结论如下：
　　（1）建立了筛板塔的有限元模型和风洞模型，通过模态分析提取了筛板塔的前四阶固有频率和振型；通过双向流固耦合分析获得了不同风速下筛板塔上41m处塔盘周围的涡街分布、顺风向及横风向响应等。
　　（2）建立了欧拉-欧拉框架下单层塔盘上气-液两相流的三维瞬态模型，并利用UDF自定义相间动量传递项；通过对比实验数据发现模型的平均相对误差为2.957％，最大误差未超过5%；探究了静止塔盘上气-液两相流的流场。
　　（3）通过对塔盘倾斜时，塔盘上气-液两相流的CFD模拟发现：当风速方向与液流方向一致时，随着风速的增加，塔盘上的清液层高度降低，液位差增大，气速分布越不均匀，反之则相反；相比于塔盘沿液流横向的倾斜，塔盘沿液流方向的倾斜对气-液两相流的影响更大。
　　（4）通过对周期性振动下塔盘上气-液两相流的CFD模拟发现：塔盘上液相的运动与塔盘的振动不同步，液相存在迟滞；塔盘沿液流方向一阶共振时，清液层高度出现周期性波动，波动幅度为12.46mm，最大液位差达到22.167mm，液位分布和气速分布极不均匀。相比于沿液流横向的振动，塔盘沿液流方向的周期振动对气-液两相流的影响更大。
　　（5）通过对复合振动下塔盘上气-液两相流的CFD模拟发现：清液层高度越高，塔盘振动对液相分布、气速分布的影响越大；倾斜幅度一定时，塔盘沿液流方向二阶共振时的液位差为13.109mm，略大于其余工况，气-液两相的分布规律均受到不同程度的影响；相比于小振幅短周期振动，大振幅长周期振动对塔盘上气-液两相的流动模式、气液分布及塔盘效率的影响更大。