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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