组合导向浮阀塔板的流体力学模拟及反向流分析

发布时间：2017-04-11 02:01

  本文关键词：组合导向浮阀塔板的流体力学模拟及反向流分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：精馏塔板的传质效率受板上气液两相流动影响很大,而两相流动状况与塔内件结构密切相关。组合导向浮阀塔板因其优良的流体力学性能和传质性能而广泛应用于工业生产中。本文以组合导向浮阀塔板的浮阀排布优化为目标,利用实验研究结合精确的CFD流场模拟和量化分析,深层次的揭示复杂流动系统的区域和数量特征,主要研究内容和结论如下：主要考虑相间曳力作用,根据实验数据拟合得到了气相平均体积分率关联式,将其加入动量源项,以双欧拉模型为基础,湍流模型选取标准k-ε模型,建立了板上气液两相三维流动模型。在浮阀全开工况下,采用空气-水系统对1.2m直径的组合导向浮阀塔板上的气液两相流动进行了CFD模拟,考察了塔板上的气液两相的流动状况。以清液层高度为检验指标,对比CFD模拟值与实验数据关联值,两者吻合程度很高,并探讨了不同工况下液相速度、堰高和表观气速与清液层高度的关系,从而验证了本文所建CFD模型的正确性。对塔板上气液两相流动特征进行了分析,考察了不同截面上相分率的分布、两相流速度场的分布情况和清液层高度分布特征。模拟结果表明,塔板上存在液面落差,液层高度在浮阀排布区存在较大降幅,尤其是导向孔处降幅剧烈；在弓形区、溢流堰出口和浮阀四周都发现存在着液相回流现象,梯形导向浮阀比矩形导向浮阀更强的导向作用,更有利于消除液面落差和减少液相回流。在工业塔板基础上,通过改变梯形导向浮阀的数量和排布位置设计了6块塔板,统计了各块塔板的反向流体积分率、反向流流量分率,取时均算数平均值以表征各塔板的液相返混程度。结果表明,不同的梯形导向浮阀的数量和位置排布对流场影响很大,通过矩形导向浮阀和梯形导向浮阀的合理排布,能够使实际工业塔板的反向流体积分率时均值Tav%从38.2%下降到30.4%,降幅可达20.4%,反向流流量分率时均值Qav%从31.1%下降到25.2%,降幅可达19.0%,有效地减少了板上液相的返混。本文的研究结果可望对今后的塔板设计和优化提供指导。
【关键词】：传质效率 组合导向浮阀塔板 CFD模拟 反向流 优化
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ053.5
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 符号说明11-13
• 第1章 概述13-16
• 1.1 研究背景13-14
• 1.2 研究思路14-15
• 1.3 研究内容15
• 1.4 创新点15-16
• 第2章 文献综述16-30
• 2.1 精馏塔板上气液两相流动状况16-20
• 2.1.1 精馏塔板上气液流态16-17
• 2.1.2 塔板上气液两相的流动分布17-18
• 2.1.3 塔板流体力学性能18-20
• 2.2 新型精馏塔板20-24
• 2.2.1 筛孔型新型塔板20-21
• 2.2.2 浮阀型新型塔板21-23
• 2.2.3 立体喷射新型塔板23-24
• 2.3 计算流体力学CFD在塔板研究中的应用24-29
• 2.3.1 计算流体力学(CFD)概述24-25
• 2.3.2 塔板计算流体力学模型发展和应用25-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第3章 组合导向浮阀塔板上的气液两相流动计算模型30-39
• 3.1 塔板上的气液两相流数学模型选择30-34
• 3.1.1 气液两相流动的控制方程30-31
• 3.1.2 相间动量传递源项31-33
• 3.1.3 湍流模型的选择33-34
• 3.2 塔板上的气液两相流物理模型构建34-38
• 3.2.1 几何模型建立34-35
• 3.2.2 边界条件35-37
• 3.2.3 网格划分及独立性检验37-38
• 3.3 CFD求解器设置38
• 3.4 本章小结38-39
• 第4章 结果讨论与流场分析39-54
• 4.1 实验结果讨论39
• 4.2 CFD模型验证39-42
• 4.2.1 收敛判断39-40
• 4.2.2 清液层高度验证40-42
• 4.3 气液相分率分布42-45
• 4.3.1 气相分率分布42-43
• 4.3.2 清液层高度沿x轴变化43-44
• 4.3.3 清液层高度沿y轴变化44-45
• 4.4 液相速度分布45-53
• 4.4.1 x-y平面45-49
• 4.4.2 y-z平面49-51
• 4.4.3 x-z平面51-53
• 4.5 本章小结53-54
• 第5章 CFD模拟中反向流量化与分析54-65
• 5.1 反向流量化方法54-55
• 5.1.1 反向流面积分率和体积分率54
• 5.1.2 反向流流量分率54-55
• 5.2 浮阀排布设计55-56
• 5.3 二维平面上的反向流量化56-57
• 5.4 三维空间的反向流量化57-64
• 5.4.1 a(1),a(2),a(3)塔板比较58-60
• 5.4.2 b(1),b(2),b(3)塔板比较60-62
• 5.4.3 a(1),b(2),c塔板比较62-64
• 5.5 本章小结64-65
• 第6章 结论与展望65-67
• 6.1 结论65-66
• 6.2 展望66-67
• 参考文献67-72
• 硕士期间论文发表情况72-73
• 致谢73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 马玉凤;纪利俊;张杰旭;陈葵;武斌;吴艳阳;朱家文;;导向浮阀塔板流体力学模拟（英文）[J];Chinese Journal of Chemical Engineering;2015年10期

2 张朦;张海涛;张杰旭;张成芳;;组合导向浮阀塔板多相流的数值模拟[J];化学反应工程与工艺;2015年02期

3 刘继东;田志亮;郭艾慷;苏佳林;李春利;;立体喷射型塔板的性能比较[J];现代化工;2014年08期

4 刘春江,袁希钢,余国琮;The Analysis of Distillation Tray Column Efficiency by Fluid Dynamics and Mass Transfer Computation[J];Chinese Journal of Chemical Engineering;2005年02期

5 李春利,孙玉春,王志英,方静;新型立体传质塔板CTST的研究与开发进展[J];河北工业大学学报;2004年02期

6 杜佩衡,杜剑婷,王荣良;垂直筛板塔流体力学与传质研究状况[J];化学工程;2003年04期

7 董艳河,黄敬,王荣良,杜佩衡;国外塔板技术的最新发展[J];过滤与分离;2003年02期

8 刘伯潭 ,刘春江;Three Dimensional Simulation of Liquid Flow on Distillation Tray[J];Chinese Journal of Chemical Engineering;2002年05期

9 刘吉,吕家卓,谢润兴,陈利,潘国昌;微分浮阀塔板的研究和应用[J];化学工程;2000年05期

10 付有成,王崇智;板式塔精馏技术进展[J];石化技术与应用;2000年04期

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

1 马玉凤;组合导向浮阀塔板两相流CFD模拟[D];华东理工大学;2015年

2 张朦;矩形—梯形导向浮阀塔板流体力学性能的实验研究及数值模拟[D];华东理工大学;2015年

3 杜松;隔板精馏塔流场的计算流体力学模拟[D];天津大学;2012年

4 姜硕;新型固定阀塔板流体力学实验研究及数值模拟[D];天津大学;2012年

5 姚伟;组合导向浮阀塔板两相流场的CFD模拟[D];华东理工大学;2012年

  本文关键词：组合导向浮阀塔板的流体力学模拟及反向流分析，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：298036