金属波纹板填料液体分布修正模型

液体在波纹填料内不仅沿通道方向流动，而且还沿填料表面垂直向下流动，本文根据液体在波纹板填料内的流动路径，提出了波纹板填料液分布修正模型。     

泡沫碳化硅脉冲规整填料的气相流场模拟研究

为了研究泡沫碳化硅填料内流体的流动状况并降低压降值,开发了具有脉冲结构的泡沫碳化硅规整填料,采用计算流体力学的方法,建立了具有周期性边界条件的三维模型对其气相流场进行模拟。通过与FSP-500Y填料实验数据的比较,完成了对模型的验证。研究结果表明,在45°泡沫波纹板内加入脉冲区结构能有效改善填料内流体流动的均匀性,减小传统波纹板结构交叉点处的流动阻力,降低填料内的单位压降,实现填料结构的优化。通过对比发现,脉冲结构数量相同,增加脉冲高度可降低填料压降;脉冲总高度相同时,减小脉冲高度,增加脉冲区个数可有效地减小填料的阻力损失。脉冲区的加入可使原规整填料压降降低15.5%~41.1%。     

折流式移动床中不同分布板倾角下气相流动行为的数值模拟

通过k–e双方程模型和方程对折流式移动床内气体流动规律进行计算机模拟,着重考察了移动床内气流分布板的倾角对气体流动的影响. 模拟计算的气体压降结果和实验数据吻合. 并揭示了气流分布板的倾角对移动床内气体流动的具体影响规律.     

气体通过堆叠筛板填料的压降特性研究

单一气相通过堆叠筛板填料的压降是研究气液两相并流通过筛板填料压降的基础。文章对气体通过不同规格堆叠筛板填料的压降进行了系统的测试,并利用Realizable k-ε模型进行了数值模拟,揭示了气相流量、筛板开孔率、相对板厚、填料板间距等因素对气体压降的影响。结果表明:气相流量与筛板开孔率是压降的2个主要影响因素,压降随气量的增大而增大,随开孔率的增大而减小;受锐缘效应影响,随着相对板厚的增加,阻力系数逐渐减小;流体通过筛板后会冲击下层筛板,使得压降阻力系数随填料板间距的减小而增大。在此基础上,综合实验与模拟结果获得了气体通过堆叠筛板填料的阻力系数预测公式。     

动-静填料旋转床内部气相流场CFD模拟研究

通过对动-静填料旋转床进行简化,建立了二维物理模型,采用计算流体力学软件Fluent中多孔介质模型对旋转填料床内部流场进行了模拟研究。通过对旋转填料床进口结构形式、填料层厚度、动填料转速及进气速度对气相压降和速度分布影响的模拟研究,得出切向进口旋转填料床内气体分布更均匀;保持填料外径不变,增大填料层厚度,气相压降随之降低;气相压降随动填料转速和进气速度的增加而增大,这与常规的整体填料旋转床保持一致。     

立体旋流筛板空间气相流场的CFD模拟

应用STAR-CCM+软件,采用Realizable k-ε模型,对立体旋流筛板空间气相流场特性进行了数值模拟研究。结果表明:立体旋流筛板空间主要存在贴近筛板壁面的穿孔流动与两筛板间的旋流流动2种方式,气体经立体旋流筛板的流动过程分起旋阶段与旋流发展阶段。在贴近筛板壁面的区域,由内筒外壁至外筒内壁方向,穿孔流动速度在各流动阶段均呈增加的趋势;在两筛板间区域,起旋阶段,由内筒外壁至外筒内壁方向旋流流动速度值变化较小,沿旋流方向靠近下一块筛板区域的速度值较大;旋流发展阶段,由内筒外壁至外筒内壁方向旋流流动速度值呈先降低再增加的趋势,沿旋流方向靠近上一块筛板区域的速度值较大。在轴向不同高度区域,贴近筛板壁面的穿孔速度为中部最大、上部次之、下部最小;两筛板间的旋流流动速度为上部较小,中、下部较大。各区域速度值随着气相动能因子的增加而增加。     

高炉下部气相压降特性的模拟研究

为了阐明高炉下部气相压降的特性,在填料床内模拟高炉下部流动条件进行了气液两相逆流的流体力学实验.结果表明在气相雷诺数较小时,由于停滞孔隙率的存在,实测压降值比修正厄根方程计算的值大;气相雷诺数较大时,气液界面上产生的粘性曳力较小,实测压降值比修正厄根方程计算的值小.对实验结果进行回归得到了阻力系数与气相雷诺数的关系,并提出了新的气相压降计算模型.当填料密度比液体密度小时,在液泛前填料会发生松动和膨胀,通过修正填料床的孔隙度可以计算膨胀填料床的压降.填料膨胀率的大小与液体流量、填料的流化速度及自由沉降速度有关.在实验数据范围内,模型的计算结果与实测值吻合较好.     

规整填料波纹结构上的二维两相流模拟方法

规整填料是由规则排列的波纹板组成的。液相是沿着波纹板壁面往下流动,而气相则是在波纹板之间形成的通道内与液相呈并流或逆流的状态。因此,气液两相的水力学特性决定着填料塔的操作弹性和质量传递效率。波纹板上的液膜流动状态因在很多应用领域都发挥作用而备受关注。本文从物理建模、自由界面处理方法、表面张力模型以及湍流模型等方面对规整填料波纹板上的二维液膜数值模拟方法作了详细的陈述,并且对该领域的研究现状作了进一步分析和总结。     

气液并流筛板式填料压降的数值模拟

基于欧拉-欧拉模型,采用CFX软件对筛板式填料的气液两相并流流动进行了模拟。将模拟所得的压降与填料的出厂特性值进行了对比,发现在液气动能参数较小的情况下,两者吻合较好。分析了该流场内的速度分布和压力分布的特点,射流卷吸作用使流场内两相流体混合,但涡旋使筛板下方压强减小,射流撞击使筛板上方压强增加。对不同结构的矩形筛板式填料的压降进行研究,结果表明：筛板孔径和液相流量是影响筛板压降的重要因素,开孔直径越小,液相流量对单板压降的影响越大;上层筛孔投影与下层筛孔相交的结构更能有效降低单板压降。液相流量较大时,两个不同板间距的单板压降曲线将相交于一点,气相流量低于此交点时,板间距越小,单板压降越大;气相流量高于此交点时,则相反。     

径向流脱硝反应器的设计与流体力学模拟

设计了一种新型的径向流脱硝反应器,该脱硝反应器中内部催化剂床层采取倾斜安装方式,能够有效减小床层中对反应无贡献的空间区域,较大地提高了反应器内部的空间利用率用.气体的均匀流动对脱硝反应效率至关重要,采用调整内部催化剂床层倾角并在适当位置添加挡板以保证反应气体的均匀流动.采用Fluent 6.3模拟软件对内部催化剂床层进行模拟,模拟结果表明,倾角较小且在特定区域加入档板能有效提高反应气体流动的均匀性.     

Comparative study of dry pressure drop and flow behaviour of gas flow through sieve plate packing

Sieve plate packing is a newly developed packing that has been used in several industries due to its simple structure and operating flexibility, and no liquid flooding. In this work, first, systematic experiments were conducted to measure the pressure drop of gas flow through six sieve plate packings. The results indicated that the geometric characteristics of the packing have complicated effects on the pressure drops. Based on this, CFD simulations on the gas flow field were conducted using the realizable k-ε model, and flow behaviours such as the pressure drop, pressure nephogram, and velocity distributions within different packings were obtained. The simulation results clearly showed interesting flow patterns, including the contraction and expansion of the gas stream through the sieve hole, the flow separation on the sharp edge of the hole, and the vortexes formed when gas impacts the downstream plate. By comparing the flow patterns and the pressure drop under different packings operating at different conditions, the effects of the geometric characteristics of the packing on the pressure drop could be clearly distinguished from the flow behaviours, so that the variations in pressure drop with various packing structures were clearly indicated. Finally, based on the experimental data and the simulated results, correlations for the prediction of the pressure drops were proposed. This work will provide a useful basis for understanding the flow behaviour of gas and liquid two-phase flow in sieve plate packing.     

Modelling and measurement of gas flow distribution in corrugated sheet structured packings

A mathematical model and calculation procedure are developed for the gas flow distribution in channels formed between tightly packed, corrugated, unperforated metal sheets. The model is a discrete cell model based on averaged mass, momentum and energy balance equations for each of numerous crossings of gas flow channels, with characteristic friction factors for gas inlet, bulk zone and wall zone as model parameters, which can be easily obtained from pressure drop measurements for each type and size of structured packing. The model enables prediction of velocity profiles leaving an element or packing layer consisting of segments of unperforated, structured packing. It is also suited for perforated packings which under operating (wetted) conditions function as a closed surface packing.     

金属斜孔板波纹填料流体力学与传质性能研究

介绍了自行开发的新型规整填料———金属斜孔板波纹填料,在内径500mm有机玻璃塔中,对金属斜孔板波纹填料的流体力学和传质性能进行了研究,推出了其压降、液泛气速和液相总传质单元高度的关联式,并与传统Mellpak孔板波纹填料相比,新填料保持Mellpak250Y相当的流体力学性能,同时具有更高的传质性能,该研究结果对金属斜孔板波纹填料的应用有指导意义。     

气液两相并流下行通过堆叠筛板填料的压降特性

堆叠筛板填料已在核电站放射性气体除气塔中得到成功应用。针对这一新型填料的应用设计,在较广泛的气液流量下,对气液并流下行通过不同规格堆叠筛板填料的阻力特性进行了系统的实验。实验填料共6种规格,孔径参数包括6、10和14 mm,不同孔径填料对应不同的孔间距、板间距,每种孔径填料具有正方形和正三角形两种筛孔分布方式。通过压降数据分析,研究了流动参数和几何参数（孔径、开孔率、布孔方式、板间距）对气液两相并流通过填料的流动行为及压降特性的影响;结合多孔板阻力系数经验公式提出了堆叠筛板填料干板阻力系数的计算模型,模型很好地反映了不同几何参数对干板阻力系数的影响,预测偏差在5%范围以内;基于均相流模型提出了堆叠筛板填料气液两相压降的预测模型,模型预测偏差在10%范围以内。研究工作对堆叠筛板填料塔的应用设计及进一步的传质动力学研究有一定参考价值。     

液相流动方式对波纹规整填料性能的影响

根据液相在波纹规整填料片上呈现渗流、膜状流等不同的流动方式,选择5种不同的波纹规整填料对其流体力学和传质性能进行研究,以探究液相在波纹片上的流动方式对波纹规整填料性能的影响.研究结果表明,液相呈渗流流动的泡沫碳化硅波纹规整填料(SCFP型)有利于液体横向扩散和液膜均匀分布,当液相喷淋密度和气相F因子均较小时,其压降最低,传质效率最高;液相主要呈渗流流动、兼有膜状流动的双层错孔丝网填料(DMⅢ型)有利于波纹片两侧液体交换,强化液体在流动过程中的扰动,其压降及传质性能略逊于SCFP型填料;液相主要呈膜状流动的BX型、DMⅠ型及DMⅡ型填料波纹片表面液膜较厚,横向扩散能力差,其传质效率低于SCFP型和DMⅢ型填料.研究揭示了依靠渗流作用的波纹规整填料具有较好的应用性能,为波纹规整填料的进一步发展开拓了新思路.     

Liquid Flow on Structured Packing: CFD Simulation and Experimental Study

A CFD model of the two‐phase countercurrent flow in the geometry of the plate‐type structured packing Mellapak 250.Y was built, tested and verified. The model was applied to determine the effect of liquid and gas flow rates and physicochemical properties of the flowing liquids on the interfacial area formed on structured packing. The CFD model allowed us to determine the minimum liquid flow rate at which an unbroken liquid film was observed on the packing surface. The simulations confirmed that with an increase of the wetting rate the surface of the packing covered with a liquid film increased until the surface was totally covered up, while further slight changes of an interfacial area were the result of wave formation. The effect of gas load (F factor) on the film surface was in the range of a calculation error. Results of the CFD simulation allow us to predict the stages of film formation during liquid flow, to follow local velocity oscillations, film thickness and velocity profiles of phases.     

新型径向叶片式旋转床压降分析及气相流场模拟

针对折流式旋转床压降高、能耗大的问题,提出了一种新型超重力旋转床设备--径向叶片式旋转床。首先,对该旋转床的压降进行了理论分析和建模,并利用水-空气体系进行了实验研究。通过改变气量、转速和液量探究了新型径向叶片式旋转床压降的变化规律,结果表明压降随气量、转速和液量的增加而增加,且随着气量和转速的增加,液量对压降的贡献逐渐减小。压降模型的预测值与实验数据的相对偏差基本在10%以内,表明模型可以较好地预测新型径向叶片式旋转床的压降。另外,通过计算流体力学（CFD）软件的模拟获得了旋转床内气相流场和压力分布的结果,发现转子内压降是总压降的主要部分;气体进入转子后会因叶片作用使得周向速度变大,并在转子外缘处达到最大值;气体的进口流速将会影响旋转床内的气相分布。利用实验数据对CFD模拟结果进行了验证,两者的相对偏差在10%左右。     

填料塔气体分布器二相流场计算流体力学数值模拟

填料塔内气体分布器对进料气流的分布作用和填料塔的分离效率,特别是对低压降、高效填料有重大影响。文中运用计算流体力学(简称CFD),采用欧拉-拉格朗日二相流模型建立了填料塔内双切向气体分布器内三维瞬态气液二相流模型,气体的湍流运动采用k-ε湍流模型计算。模型中考虑了二相之间的作用力,包括液滴所受的曳力和虚拟质量力。求解时时间项采用隐式格式,时间步长取1×10-4s,对流项采用二阶迎风格式,压力-速度耦合方程的求解采用了S imp lec方法。在不同操作条件下,模型计算得到的压降、夹带、气体分布不均匀度和文献报道的实验值吻合较好。从而可以看出,CFD模型可以较为准确地描述双切向环流式气体分布器内瞬时气液二相流场。     

分层填料对旋转填料床气相流场影响的数值模拟

通过设计简化的分层填料旋转床(SP-RPB)模型,采用计算流体力学方法(CFD)对比同尺寸旋转填料床(RPB)的稳态气相流场。分析转速和进料速度对气相压力、相对速度及湍动能分布的影响,同时还考察了单位丝网圈上的压降情况。结果表明,在气体进入各级填料位置的相对速度出现峰值,湍动能分布与之相同,各峰的出现位置仅由填料位置决定,两者共同表明SP-RPB具有多个端效应区域。转速增加对相对速度峰值大小有更明显的提升,较大的进料速度使填料内气体的速度波动更大,也使湍动能的峰值有所增加。由于SP-RPB内填料厚度较RPB变薄,从整个设备范围上看,SP-RPB表现出更低的压降。进气速度提高和转速降低使SP-RPB两层填料间的高压范围变窄,但SP-RPB的单位丝网圈数压降更大。