进料分布器气液两相流场的CFD研究

摘要

填料塔因为生成能力大、分离效率高、压力降小、操作弹性大、持液量小等优点在工业生产之中得到了广泛地应用。填料塔内因气液两相流动特性复杂，现有的实验手段很难准确的测量塔内分散相的流速、浓度及液滴(或气泡)的直径等流体力学特性，因此迫切需要进行理论研究，结合实验研究为优化填料塔设计及拓宽填料应用领域奠定基础。随着计算流体力学(ComputationalFluidDynamics，CFD)的出现与发展，很多学者开始对气液两相流领域进行了研究。本文在多相流理论的基础上，借助前人的经验，在欧拉—拉格朗日坐标系下，选用标准的k-ε模型作为湍流模型，来模拟气液两相流通过双切向环流分布器对塔内气流的影响。所用的CFD软件为FLUENT。 本模拟保持离散相液滴负荷不变，通过改变主相气体的负荷，分析分布器内流场的变化，对不均匀度、雾沫夹带率等性能指标的影响。结果表明： 1、两相流和单相流进料时气体在分布器内的流场变化趋势一致，说明以k-ε模型作为湍流模型，离散相模型作为多相流模型模拟气液两相流在双切向环流分布器内的运动的结果表明该模型能够模拟液滴在气相的运动，及浓度分布。 2、气体分布不均匀度随着气体负荷的增大而减小。 3、气—液两相进料时雾沫夹带率为0.034％～0.13％，随着气体负荷的增大而增大。 4、气—液两相的湍动能较大区域主要集中在气体分布器的入口处和前2块挡板处，在此区域内气液的速度脉动强烈，速度梯度很大。

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第一章绪论

1.1研究背景

1.2研究内容

第二章文献综述

2.1填料塔进料气体分布器的研究和回顾

2.1.1填料塔气体分布器结构的研究

2.1.2填料塔气体分布器性能的比较

2.2研究方法—计算流体力学

2.2.1 CFD数值模拟的步骤

2.2.2 CFD商用软件

2.3湍流模型

2.3.1本构方程

2.3.2湍流的模拟方法

2.3.3湍流模型

2.4壁边界模型

2.4.1标准壁面函数

2.4.2非平衡壁面涵数

2.5多相流模型及应用

2.6数值计算方法

第三章双切向环流进料分布器两相流的数值模拟

3.1双切向环流进料分布器

3.1.1双切向环流进料分布器的结构

3.1.2工作机理

3.2数值模拟

3.2.1物理模型

3.2.2计算方法

3.2.3数学模型

3.2.4边界条件

3.2.5分布器性能的评价指标

3.3结果与讨论

3.3.1双切向环流进料分布器上主相气体的速度分布

3.3.2离散相液滴的浓度分布

3.3.3性能指标

3.4本章小结

第四章两相流和单相流进料模拟结果的对比

4.1气体分布不均匀度的对比

4.2分布器压降的对比

4.3湍动能和湍动能耗散率的对比

4.4本章小结

第五章结论与展望

符号说明

参考文献

攻读硕士期间论文发表情况

致谢