径向流空气纯化器内流场模拟与气流均布影响因素分析

摘要

随着空分装置的大型化，径向流空气体纯化器的规模不断增大，流速成倍增加，其轴向不均匀性也更加凸显。本文以某工厂八万吨径向空气纯化器为原型，通过CFD数值模拟的方法，分别采用二维轴对称模型并用多孔介质和多孔跳跃模型对床层和多孔板进行简化，对现有大型纯化器中流体在两床层中的轴向均匀度进行了分析，研究了内外流道横截比，床层空隙率，中心管开孔率，脱附气量，导气椎等因素在纯化器吸附过程和脱附过程中对气流均匀度的影响。
　　研究发现纯化器在吸附过程中，在原操作条件下运行时，由于集流道上部压降过大，造成两床层上部流速过快，两床层内气流均匀度较差。其均匀度随内外流道横截比增大呈先上升后下降的趋势，在内外流道横截比为0.887时，分子筛和氧化铝床层气流几乎都达到最均匀，两者均匀度分别为0.914和0.934。此外，降低中心管开孔率也可以提高气流均匀度，其不足之处在于由于流速很快，中心管开孔率降到很小时会导致穿孔压降很大。再者，分子筛床层的空隙率下降也能够很好地增加两床层的气流均匀性，但氧化铝空隙率下降对自身流场均匀性影响甚微，对分子筛床层均匀度的有一定增加。
　　在脱附过程中，同样由于集流道压降大于分流道，床层内气流出现不均匀性。分子筛和氧化铝床层气流均匀性都随着内外流道横截比的降低先增大后下降，均匀度在内外流道横截比为0.46和0.41左右分别达到最大值0.99和0.985。脱附过程与吸附过程不同，降低任意床层空隙率，都会同时提高两床层气流均匀度。此外，脱附气量增加，床层气流均匀度下降很明显。
　　在纯化器中心流道加入导气椎会导致吸附过程床层气流均匀度稍有下降，但是可以使床层流场均匀度在脱附过程中有较大上升。
　　本文提出最优的提高气流均匀度的方案如下：同时降低分子筛和氧化铝床层空隙率到0.33和0.35，并加入椎体，此时脱附和吸附过程在合理的床层压降增加的情况下，两床层达到很均匀的程度。

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第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2径向流问题的发展

1.3研究内容及目的

第二章 径向流空气纯化器的流动特点

2.1床层内气流均匀度评价

2.2变质量流动特点

2.3空气纯化器流动形式的选择

第三章 纯化器床层内气流均布影响因素研究

3.1数值模拟计算模型

3.2纯化器求解方法、边界条件及网划分

3.3纯化器吸附及脱附过程中流动的数值模拟结果

3.4小结

第四章 导气椎和多种因素对流场均匀度影响

4.1含导气椎纯化器的物理模型

4.2模拟结果分析

4.3多因素对流场均匀度分析

4.4小结

第五章 总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

符号说明

发表论文和参加科研情况说明

致谢

附图