精馏塔规整填料内气液两相流体动力学特性及相关因素影响研究

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规整填料塔具有生产能力大、分离效率高、压力降小、操作弹性大、持液量小等优点,被广泛应用于工业生产中。然而针对精馏过程中气液两相流基本物理现象的研究还很不足,严重阻碍了分离效率的进一步提高。本文运用商用流体计算软件FLUENT6.3对规整填料内气液两相逆向流动情况下气液两相流体动力学特性进行了模拟分析,进而研究了了气相流量、液相物性参数、填料表面结构等相关因素对气液两相流动的影响。主要研究内容和研究成果如下:1.建立了规整填料内气液两相流CFD分析模型并对其准确性进行了验证。根据文献建立了三种填料结构的气液两相流CFD模型,对文献实验工况进行了模拟分析,数值模拟结果与文献实验结果进行了对比验证,证明了本文所建CFD模型及所用数值模拟方法的合理性和准确性。2.气相流量对规整填料内气液两相流体动力学特性影响的研究。针对四组不同的气相流量,建立气液两相流动模型并对其进行了模拟分析。得到了不同气速下的液膜流动特性,对比分析了填料内气液两相压力场、速度场以及持液量和有效界面传质面积等的变化。3.液相物性参数对规整填料内气液两相流体动力学特性影响研究。分别在四组不同液相密度、液相粘度和液相表面张力工况下,建立气液两相流动模型并对其进行数值模拟。结果发现在这些参数变化范围内,填料表面都能形成一层稳定的液膜流,气相流场分布也基本一致。进一步对比了液膜稳定性、气液两相速度场、压力场分布及持液量、有效界面传质面积的变化。4.规整填料表面结构对气液两相流体动力学特性影响研究。设计了三组不同的填料板结构,建立了三种规整填料结构的CFD模型,分别在三组模型内进行气液两相流动模拟。得到了不同的流场,速度场和压力场图,分析了填料结构改变对流体动力学特性的影响。
摘要第5-6页
ABSTRACT第6-7页
符号说明第10-11页
第1章 绪论第11-29页
    1.1 研究背景第11-12页
    1.2 研究目的和意义第12页
    1.3 国内外研究现状第12-19页
        1.3.1 单相流模型第13-15页
        1.3.2 两相流模型第15-19页
    1.4 气液两相流的数值模拟研究方法介绍第19-27页
        1.4.1 多相流模型第21-24页
        1.4.2 湍流模型第24-27页
    1.5 本文研究内容及方法第27-29页
第2章 精馏塔规整填料的建模及验证第29-43页
    2.1 CFD模型的建立第29-30页
    2.2 模型网格划分第30-33页
    2.3 离散化方法、格式和计算方法第33-35页
        2.3.1 离散化方法及格式第33-34页
        2.3.2 计算方法第34-35页
    2.4 求解器的设置第35-36页
    2.5 模型的验证第36-41页
        2.5.1 C型结构填料表面液膜流的模拟与验证第36-39页
        2.5.2 S型结构填料表面液膜流的模拟与验证第39-41页
        2.5.3 P型结构填料表面液膜流的模拟与验证第41页
    2.6 本章小结第41-43页
第3章 气相速度对规整填料内气液两相流体动力学特性的影响第43-55页
    3.1 CFD模型的建立第43-44页
    3.2 Fluent各项设置第44-45页
    3.3 计算结果与讨论第45-55页
        3.3.1 液膜流动过程分析第46-49页
        3.3.2 两相流动压力场分析第49-51页
        3.3.3 两相流动速度场分析第51-54页
        3.3.4 本章小结第54-55页
第4章 液相物性参数对规整填料内气液两相流体动力学特性的影响第55-75页
    4.1 液相密度改变对规整填料内气液两相流动的影响第55-62页
        4.1.1 液膜流动过程分析第55-58页
        4.1.2 压力场分布分析第58-60页
        4.1.3 速度场分布分析第60-62页
    4.2 液相粘度改变对规整填料内气液两相流动的影响第62-68页
        4.2.1 液膜流动过程分析第63-65页
        4.2.2 压力场分布分析第65-67页
        4.2.3 速度场分布分析第67-68页
    4.3 液相表面张力改变对规整填料内气液两相流动的影响第68-74页
        4.3.1 液膜流动过程分析第69-71页
        4.3.2 压力场分布分析第71-72页
        4.3.3 速度场分布分析第72-74页
    4.4 本章小结第74-75页
第5章 规整填料结构对气液两相流体动力学特性的影响第75-83页
    5.1 液膜流动过程分析第75-78页
    5.2 压力场分布分析第78-79页
    5.3 速度场分布分析第79-82页
    5.4 本章小结第82-83页
第6章 结论与展望第83-85页
    6.1 结论第83-84页
    6.2 展望第84-85页
参考文献第85-89页
致谢第89-90页
攻读学位期间参加的科研项目和成果第90页
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