组合导向浮阀塔板两相流场的CFD模拟
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本文利用Fluent 6.3软件以欧拉两相流为基础,采用标准k-ε湍流模型,主要考虑了气液相间曳力,建立了气液两相三维瞬时流动模型,模拟了塔径为1000mm,板间距为600mm的组合导向浮阀塔板浮阀全开状态时的流体力学行为。为验证CFD模拟结果的可靠性,用空气-水为系统研究了空塔气速、液流强度和堰高与塔板上的清液层高度的关系。模拟得到的清液层高度与实验值和Dhulesia模型值吻合良好,表明Fluent模拟结果是可靠的。进一步分析模拟结果发现：气液两相在浮阀区和液体出口区存在水平和垂直的回流区；在浮阀区内,液流在液流方向上被导向浮阀吹出的气体不断加速,而在垂直于液流的方向上,由于塔板的结构原因,液流速度分布不均。本文为组合导向浮阀塔板两相流场的CFD模拟提供了有效的方法,可以用于塔板上组合导向浮阀的配比优化和改进塔板结构设计,为组合导向浮阀塔板更有效地应用于工业生产提供理论指导。
| 摘要 | 第5-6页 |
| Abstract | 第6页 |
| 第1章 前言 | 第9-10页 |
| 第2章 文献综述 | 第10-25页 |
| 2.1 塔板的发展现状 | 第10-15页 |
| 2.1.1 复合塔板 | 第10-12页 |
| 2.1.2 浮阀塔板 | 第12-15页 |
| 2.2 CFD论及其应用 | 第15-17页 |
| 2.2.1 CFD的工作步骤 | 第15-16页 |
| 2.2.2 CFD的特点 | 第16页 |
| 2.2.3 CFD的分支 | 第16-17页 |
| 2.3 CFD在塔板上的应用概况 | 第17-23页 |
| 2.3.1 一维数学模型 | 第17页 |
| 2.3.2 二维数学模型 | 第17-20页 |
| 2.3.3 三维数学模型 | 第20-23页 |
| 2.4 CFD商用软件 | 第23-25页 |
| 第3章 组合导向浮阀塔板两相流动计算模型 | 第25-40页 |
| 3.1 湍流理论 | 第25-31页 |
| 3.1.1 湍流流动的特征 | 第25页 |
| 3.1.2 湍流的数值模拟方法 | 第25-29页 |
| 3.1.3 典型的湍流模型 | 第29-31页 |
| 3.2 塔板上气液动量传递理论 | 第31-33页 |
| 3.3 塔板上气液两相流动的数学模型 | 第33-35页 |
| 3.4 组合导向浮阀塔板的几何模型和网格划分 | 第35-37页 |
| 3.5 边界条件 | 第37-39页 |
| 3.5.1 进口边界条件 | 第37-38页 |
| 3.5.2 出口边界条件 | 第38页 |
| 3.5.3 固壁边界条件 | 第38-39页 |
| 3.6 松弛因子的设置 | 第39-40页 |
| 第4章 组合导向浮阀塔板的流体力学实验研究 | 第40-49页 |
| 4.1 实验目的及条件 | 第40页 |
| 4.2 实验流程 | 第40-41页 |
| 4.3 实验设备及装置 | 第41-43页 |
| 4.3.1 清液层测定装置 | 第41-43页 |
| 4.4 空塔气速的关联 | 第43-45页 |
| 4.4.1 毕托管的测速原理 | 第43页 |
| 4.4.2 进风管横截面速度分布的测量 | 第43-44页 |
| 4.4.3 空塔气速的关联 | 第44-45页 |
| 4.5 清液层高度的计算 | 第45页 |
| 4.6 实验步骤 | 第45-46页 |
| 4.7 实验结果分析与讨论 | 第46-49页 |
| 4.7.1 空塔气速对清液层高度的影响 | 第46-47页 |
| 4.7.2 液流强度对清液层高度的影响 | 第47-48页 |
| 4.7.3 堰高对清液层高度的影响 | 第48-49页 |
| 第5章 组合导向浮阀塔板两相流场的CFD模拟 | 第49-70页 |
| 5.1 两相流模拟计算的策略 | 第49页 |
| 5.2 清液层高度的模拟结果分析 | 第49-53页 |
| 5.2.1 清液层高度模拟值与实验值、模型值的比较 | 第50-51页 |
| 5.2.2 塔板上x,y方向上清液层高度分布 | 第51-53页 |
| 5.2.3 浮阀及其两侧清液层高度分布 | 第53页 |
| 5.3 液相流场模拟结果的分析 | 第53-64页 |
| 5.3.1 x-y平面上液相流场分析 | 第54-60页 |
| 5.3.2 x-z平面上的液相流场分析 | 第60-61页 |
| 5.3.3 y-z平面上的液相流场分析 | 第61-63页 |
| 5.3.4 液流绝对速度分布 | 第63-64页 |
| 5.4 气相流场模拟结果的分析 | 第64-70页 |
| 5.4.1 x-y平面上的气相流场分析 | 第65-66页 |
| 5.4.2 x-z平面上的气相流场分析 | 第66页 |
| 5.4.3 y-z平面上的气相流场分析 | 第66-70页 |
| 第6章 结论与展望 | 第70-72页 |
| 6.1 研究结论 | 第70页 |
| 6.2 展望 | 第70-72页 |
| 参考文献 | 第72-76页 |
| 致谢 | 第76页 |
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