梯形孔垂直筛板清液层分布不均匀性的研究与数值模拟

摘要

梯形孔垂直筛板是整合了梯形导向浮阀和垂直筛板各自的优势，弥补了各自的部分劣势而开发的一种新型塔板，具有良好的导流性能。清液层高度的分布规律是影响塔板的流体力学性能的重要参数，鉴于传统垂直筛板在设计和开发过程中只重视塔板的压降、雾沫夹带、漏液等流体力学性能，对垂直筛板上清液层高度的分布研究较少，因此本课题重点研究了垂直筛板上清液层高度的分布规律，为以后该塔板的设计和开发提供初步的依据。
　　实验是在1500mm×400mm的矩形塔内完成的，采用空气—水系统，以4种不同角度的梯形孔垂直筛板（TH-VST）和1种具有相同结构参数的矩形孔垂直筛板（RH-VST）为研究对象，通过改变操作参数（板孔动能因子、堰高、溢流强度），对塔板压降、清液层高度与清液层高度分布的不均匀性能（参差度）进行了实验研究，并且通过相应实验数据的拟合，得到了它们的计算关联式。结果表明：在相同的工况下，TH-VST较RH-VST具有更好的导流性能，TH-VST的干板压降、湿板压降和清液层高度较RH-VST略高。参差度随着梯形顶角的增大先减小后增大，综合考虑确定最佳梯形顶角为4°~8°。
　　本文气液两相流场模拟以双流体VOF模型和可实现 k-ξ湍流模型为基础，建立了RH-VST和TH-VST的CFD模型，为了验证模型的准确性，以板上清液层高度为参照，对比了不同操作条件下的模拟计算值和实际测量值，二者吻合良好。利用此CFD模型对塔板上的气液两相流场进行了计算模拟，得出了塔板上两相流场的分布规律。结果表明：RH-VST和TH-VST帽罩底隙后方存在液流死区。RH-VST第一个帽罩和中间帽罩底隙附近存在严重的回流和漩涡，而TH-VST很好的消除了此现象，导流性能良好。与RH-VST相比，TH-VST气液提升速度在各个帽罩间分布的不均匀程度大大降低。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 文献综述

1.1塔设备概述

1.2板式塔技术研究进展

1.3板式塔流体力学性能

1.4计算流体力学（CFD）在塔板研究中的应用

1.5本文研究的主要内容和意义

第二章 实验装置及测试方法

2.1梯形孔垂直筛板的设计特点

2.2实验塔板的结构参数及实验操作参数

2.3实验装置与实验流程

2.4实验操作步骤

2.5实验数据的测试方法

第三章 实验数据处理及分析

3.1干板压降

3.2湿板压降

3.3清液层高度

3.4参差度

3.5本章小结

第四章 CFD模型的建立

4.1塔板上气液两相流的数学模型

4.2塔板上气液两相流的物理模型

4.3本章小结

第五章 模拟结果及模型验证

5.1模型验证

5.2模拟计算结果与分析

5.3本章小结

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

符号说明

致谢