流体力学传质计算新模型的研究和在塔板上的应用

摘要

该文首先对化工中应用计算流体力学的情况做了阐述,对流体力学理论和化工理论在计算流体力学中地位和扮演角色作出了定位.对流体力学的当前研究热点问题给予了简单论述,对标量的计算模式的发展和计算流体力学在塔板上的应用的情况进行了较详细的论述.在过去的10年里,计算流体力学在化工中的应用使化工领域的思想技术出现了一次质的飞跃.展望未来,该文通过对计算流体力学的内在理论逻辑的分析,认为以计算流体力学为基础对湍流扩散系数的处理中引入化工理论将有可能在化工领域引起另一次飞跃.在此思想的指导下,该文借鉴流体力学发展的成果,提出了计算湍流扩散系数时把浓度场因素考虑在内的c<'2>-ε<,c>模式,并应用c<'2>-ε<,c>模式对塔板流场及浓度场做了实际模拟计算.计算中考察了传质推动力对湍流扩散系数的影响,并把计算结果和文献中对湍流扩散系数进行了对比.c<'2>-ε<,c>模式的建立,对计算传质学的发展做出了贡献.该文还介绍了应用热膜流速仪对塔板流场进行的3个实验:塔板单相液相流场的测量、塔板局部气含率的测量和对塔板流场局部的小波分析.在小波分析中得到了塔板湍流脉动的两个时间尺度:对应气泡影响的,为2~3秒的大尺度和对应液相影响的,为约0.969秒的小尺度;分析了塔板局部各部分的能量分布,总结了回流区,靠近塔壁,主流区的能量分布特征.最后通过实验的结果分析了塔板湍流.该文的计算塔板浓度场的c<'2>-ε<,c>模式的提出使对湍流扩散系数的处理中引入化工理论成为必要;而在塔板研究中的小波分析应用实际上就已经打开了针对塔板的谱动力学研究的契机.如有可能以塔板谱动力学为基础归纳得出标量输运模式方程中的模型参数,这样使计算模拟完全建立在化工理论的基础之上,使之成为完全适用于化工的计算流体力学与计算传质学!

目录

文摘

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前言

第一章文献综述

1.1一些背景知识

1，栅格湍流和剪切湍流

2，波谱和频谱

3，含能尺度，耗散尺度和惯性子区尺度

4，结构函数

5，尺度类似律问题

1.2近期流体力学的研究热点

1.2.1拟序结构(coherent structure)

1.2.2(不)稳定性和转涙((instability，transition)

1.2.3被动标量输运的研究概况

1.3标量计算模式

1.4塔板流体流动的研究进展

1.4.1一维数学模型

1.4.2二维数学模型

1.4.3三维数学模型

1.4.4塔板流场计算模型总结

1.4大型精馏塔板上两相之间的传质计算

1.5小结

第二章被动标量的c2—-εc模式

2.1 c2—-εc模式的提出

2.1.1 c2—的精确方程的推导

2.1.2εc的精确方程的推导

2.1.3 c2—的精确方程和εc的精确方程的模式化

2.2 c2—-εc模式特点和优点

2.2.1算例1：带增浓的平板流动

2.2.2算例2：边界有传质的平板流动

2.2.3算例3：带增浓的方腔流动

2.3小结

第三章应用c2—-εc双方程模式对塔板传质的模拟

3.1塔板流场和浓度场CFD计算模型

3.2边界条件

3.3塔板物理模型

3.4流场计算结果

3.5对湍流扩散系数计算结果的讨论

3.6小结

第四章热膜流速仪在塔板上的应用

4.1 X型热膜探针测塔板单相流场的三维流速

4.1.1实验设备：

4.1.2热膜探针测量三维流场原理

4.1.3探针工作曲线的标定和三维流场测试的实现

4.1.4实验结果

4.2塔板两相流气含率的测量

4.3用小波分析方法研究筛板塔气液两相流场特征

4.3.1塔板上的流动

4.3.2小波变换理论

4.3.3实验

4.3.4子波系数

4.3.5脉动能量分布

4.4塔板湍流

4.5小结

第五章结论和展望——期待塔板谱动力学的出现

符号表

参考文献

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致谢