精馏塔板上流体三维流场及传质的模拟

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在蒸馏设备中,板式塔研究的一个重要方面就是应用计算流体力学对塔板上流体流动状况及传质过程的研究。本文在国内外已有的研究基础上,首先建立了以K-(封闭模型为基础的三维拟单相流模型,该模型的特点在于充分考虑了气液两相间相互作用的影响,即计入了相间曳力、横向升力、虚拟质量力和气、液相含率对流场的影响;并建立了塔板三维双流体模型,主要目的是通过对比拟单相流数学模型、双流体数学模型的计算结果,建立能够准确描述塔板上流体流动的数学模型。其次,采用体平均概念、雷诺时均化方法结合塔板气液相互作用的实际情况首次推导了考虑速度、浓度脉动项和气、液相含率影响的塔板三维拟单相流湍流传质模型,源相中考虑了气液相间传质项SC,并运用化工中关于相间传质系数计算的理论,推导了SC的表达式。本文采用有限体积法及计算流体力学软件“STAR-CD”对单块板以及首次对全回流下的全塔(十块板)流体流动、传质过程进行了计算,计算结果如下:1. 泡沫工况下单块板的流场计算值与Solari及Bell(77(的实测值吻合较好。全回流下全塔(十块板)流场计算是成功的。2. 单块板液相浓度场的计算结果及十块板全回流下环己烷-正庚烷物系的出口浓度分布与实测值的对比结果,均说明了本文的全塔浓度场模拟是成功的。在1.2米塔径的冷模筛板塔上,提出使用热膜流速仪通过在平面内旋转探针测量三维流速的新方法,与计算结果的对比有力地说明了该方法是正确的。
第一章 文献综述第8-29页
    1.1 计算流体力学(CFD)的形成第8-9页
    1.2 计算流体力学(CFD)在精馏塔板上应用的意义第9-11页
    1.3 塔板上流体流场分布及传质的理论研究进展第11-27页
    1.4 CFD应用于塔板上流场的实验研究进展第27-28页
    1.5 展望第28-29页
第二章 塔板流体流动计算模型第29-56页
    2.1 流体流动的湍流封闭模型第29-35页
    2.2 塔板单相流湍流模型第35-38页
    2.3 塔板上拟单相流湍流模型第38-47页
    2.4 塔板上气液两相流动数学模型第47-49页
    2.5 边界条件第49-55页
    2.6 小结第55-56页
第三章 塔板上气液两相之间的质量传递第56-67页
    3.1 塔板液相传质方程第56-65页
    3.2 塔板传质效率第65页
    3.3 传质边界条件第65-66页
    3.4 小结第66-67页
第四章 塔板流场的数值求解方法第67-81页
    4.1 数值计算方法第67-77页
    4.2 模型方程求解算法第77-78页
    4.3 塔板上计算区域网格的划分第78-80页
    4.4 小结第80-81页
第五章 塔板流场的CFD模拟第81-100页
    5.1 拟单相流模型计算结果第81-91页
    5.2 涡流运动粘度的计算第91-92页
    5.3 全回流下的全塔拟单相流模型计算结果第92-97页
    5.4 气液双流体模型计算结果第97-99页
    5.5 小结第99-100页
第六章 塔板传质过程的模拟第100-113页
    6.1 单板液相传质计算结果第100-105页
    6.2 十块板环己烷-正庚烷物系的全塔效率第105-109页
    6.3 基于CFD技术精馏塔设计框架第109-112页
    6.4 小结第112-113页
第七章 筛板上液相三维流场的实验测定与比较第113-129页
    7.1 实验设备及实验方案第113-114页
    7.2 热膜流速仪测定塔板上流场的理论基础第114-123页
    7.3 实验结果与分析第123-128页
    7.4 小结第128-129页
第八章 结论与展望第129-132页
    8.1 结论第129-131页
    8.2 展望第131-132页
参考文献第132-143页
附录第143-147页
致谢第147-148页
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