鼓泡塔内液相流体流动和返混现象的CFD模拟

摘要

该文使用计算流体力学的方法分别研究了鼓泡塔、含挡板的鼓泡塔、规整填料结构单元和规整填料片内的液相流体流动,并通过脉冲示踪技术,对上述研究对象内的液相返混现象进行了模拟计算,得到示踪剂的RTD曲线,并通过用返混模型对RTD曲线进行拟合,研究它们的混合特性.目前,关于鼓泡塔内气液逆流操作的CFD模拟计算还很少.我们根据气液逆流鼓泡塔内的流动特点,提出了新的拟单相流模型,通过计算发现鼓泡塔内存在三个流动区域:核心区、零轴向速度区和塔壁附近回流区.计算结果表明,在逆流操作中液相轴向返混主要是由于气泡的逆向运动诱导产生的液相回流引起的.根据鼓泡塔内液相流体的流动特点,我们希望在鼓泡塔内加入了一定数量按照一定规律排列的挡板,能够减弱鼓泡塔的液相轴向返混.结果发现塔内的流体流动形式发生转变,由三个流动区域转变为四种流动形式,即较大的涡流流动、折流现象、分流现象和塔壁附近的液相回流.而且与空塔比较,液相轴向返混系数明显减小.由于对规整填料鼓泡塔进行全塔CFD模拟计算的困难很大,现阶段就目前的条件是难以实现的.因而我们从规整填料结构单元(交叉单元、塔壁附近的填料单元和上下两盘填料的衔接处)和片结构入手,实现对规整填料鼓泡塔各方面的研究.通过计算发现规整填料内不同的结构单元对液相的轴向返混贡献程度不同,规整填料交叉结构单元是规整填料内最基本的传质单元,在不同型号的规整填料单位体积内交叉单元数目的多少直接影响它的传质效果.

目录

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前言

第一章文献综述

1.1鼓泡塔内流体流动的研究

1.1.1实验研究

1.1.2 CFD数值模拟

1.2鼓泡塔内液相返混现象

1.2.1实验研究

1.2.2数值模拟

1.3规整填料鼓泡塔内流体流动与液相返混的研究

1.3.1扩散模型

1.3.2结点网络模型

1.3.3“电子渗流器”模型

1.3.4空隙率流动模型

1.3.5计算流体力学(CFD)模型

1.4常见的描述液相混合行为的数学模型

1.5模型参数估计方法

第二章计算流体模型的分析及应用

2.1湍流模型的概述

2.2湍流边壁的处理

2.3计算流体力学模型

2.3.1拟单相流模型

2.3.2双流体模型

2.4数值计算方法

2.5具体模拟计算过程

2.6计算流体力学软件的介绍

第三章逆流鼓泡塔的CFD模拟计算

3.1鼓泡塔内液相的流体流动

3.1.1 CFD模型

3.1.2边界条件

3.1.3物理模型

3.1.4流场的计算结果

3.2液相返混特性的研究

3.2.1示踪剂CFD模拟模型

3.2.2返混模型

3.2.3一维混合一维流动模型的模型参数的优化及关联

3.2.4二维混合一维流动模型的模型参数的优化及关联

3.3小结

3.3.1鼓泡塔流场的计算

3.3.2液相返混特性的研究

第四章含倾斜挡板鼓泡塔的模拟计算

4.1液相的流体流动

4.1.1计算流体力学模型

4.1.2物理模型

4.1.3计算结果分析与讨论

4.2液相返混特性的研究

4.3小结

4.3.1流场的计算

4.3.2液相返混特性的研究

第五章规整填料鼓泡塔的CFD模拟计算

5.1填料单元的CFD模拟计算

5.1.1 CFD计算模型

5.1.2物理模型

5.1.3边界条件

5.1.4流场的计算结果与讨论

5.1.5返混现象的计算结果与讨论

5.2填料片状结构的模拟计算

5.2.1 CFD计算模型

5.2.2物理模型

5.2.3边界条件

5.2.4流场的计算结果

5.2.5返混现象的计算

5.3小结

5.3.1填料单元的模拟计算

5.3.2填料片结构的模拟计算

第六章结论

符号说明

参考文献

发表论文和参加科研的情况说明

致谢