多截面对称盘式气体分布结构气相流场CFD模拟与实验研究

摘要

一座性能良好的大型填料塔,内构件本身的高性能固然重要,但与之匹配的流体分散或分布结构塔内件,尤其是气液分布器也是至关重要的.对于大型的填料塔,一旦气相在塔内分布不均匀,势必影响到分离或传热效果.随着大空隙率、低压降填料的开发,以及大直径、浅床层填料塔的推广应用,气体分布问题己日益受到重视. 此前,气体分布结构的设计大都以实验结果或经验为指导,缺乏理论层面的分析与论证.随着工业设计实践的发展,尤其是大型化趋势的日益显现,等规模的实验的可行性和经过思维放大的经验的可靠性几经失去,以实验和经验为基础的设计原则的局限性已经成为工程设计界所面临的亟待超越的前进障碍.本文针对这种现状,对盘式气体分布结构气相流场进行了CFD模拟和实验研究.在进行CFD模拟研究前,先选择一台已运行的分布器,采集实际工业设计参数,在针对实验用的塔体直径按等比例进行设计,利用专业网格生成软件GAMBIT对模拟区域进行三维立体非结构化网格生成,选用标准κ-ε湍流模型封闭雷诺方程,利用商业CFD软件FUJENT软件对不同气体分布结构进行数值模拟,得出多截面对称气体分布结构的分布器气体分布效果较好的结论.同时,还验证了对于截面长宽比大于3的矩形升气管,升气管截面积是否相等对气体均布效果的影响不大；在进行盘式气体分布结构气相流场实验研究,对通过不同气体分布结构的气体速度测量结果进行分析,比较两个气体分布结构对气体的均布效果,得出多截面对称气体分布结构的分布器气体分布效果较好.最后用实验结果与模拟结果进行对比.

目录

文摘

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前言

第一章文献综述

1.1填料塔气液分布器及气体分布的研究与回顾

1.1.1气液分布器

1.1.2填料塔内气体分布及气体分布结构的研究

1.1.3气速的测量

1.1.4气体均布性能表示

1.2计算流体力学模型分析和应用

1.2.1控制方程

1.2.2湍流模型的概述

1.2.3湍流边壁处理

1.2.4数值计算方法

1.2.5计算流体力学软件介绍

1.2.6 FLUENT软件简介

第二章多截面对称盘式气体分布结构气相流场的CFD模拟研究

2.1盘式气体分布结构的气体均布性能的CFD模拟

2.1.1数学模型方程

2.1.2边界条件

2.1.3分布器的网格的划分和计算

2.1.4计算结果与讨论

2.2多截面盘式气体分布结构气相流场的CFD模拟研究

2.2.1基本方程

2.2.2边界条件

2.2.3分布器的网格的划分和计算

2.2.4计算结果与分析

2.3小结

第三章多截面对称盘式气相分布结构气相流场的实验研究

3.1实验装置与过程

3.1.1实验设计及其装置

3.1.2实验设备及仪器

3.1.3实验过程

3.2实验结果与分析

3.2.1气体分布结构的对气体分布的影响情况

3.2.2单截面对称气体分布结构的气体均布情况

3.2.3多截面对称气体分布结构的气体均布情况

3.2.4不同气体分布结构的气体均布效果比较

3.2.5用气体分布不均匀系数表示气体分布效果

3.3计算结果与试验数据比较

3.3.1单截面对称的气体分布结构的实验测得与模拟结果对比

3.3.2多截面对称气体分布结构的实验测得与模拟结果对比

3.4小结

第四章气体通道形状对气体均布的影响的CFD模拟研究

4.1数学模型方程

4.2边界条件

4.2.1进口边界条件

4.2.2出口边界条件

4.2.3壁面处理

4.3分布器的网格的划分和计算

4.4计算结果与分析

4.4.1两种气液分布器的气体速度分布情况比较

4.4.2用气体分布不均匀系数对比气体分布效果

4.5小结

第五章结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

硕士期间发表论文情况

附录：符号表

致谢