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。     

泡罩立体筛板的流体力学性能

将鼓泡传质和喷射传质有机结合,自主研发出泡罩立体筛板。以空气和水为介质,对新型泡罩立体筛板(NBTS)的流体力学性能进行研究,考察板孔动能因子、液相流量和堰高对其板压降、漏液和雾沫夹带的影响,并与泡罩立体筛板(BTS-1)进行对比。由结果可知:新型泡罩立体筛板的总板压降和雾沫夹带随板孔动能因子、堰高和液体流量的增大而增大;漏液点气速随堰高和液体流量的增大而增大,N-BTS的性能优于BTS-1,满足设计要求。     

TEP系统脱气塔的操作特性与压降实验

针对压水堆核电站TEP系统中的脱气塔,分析其操作特性,建立筛板填料气液并流的实验装置来研究其两相流压降特性,并提出压降预测关联式。结果表明,脱气塔使用的堆叠筛板填料和总体逆流分段并流气液接触方式使得脱气塔结构简单,流体力学性能优良,处理量大;气体单相流和气液两相流的压降与筛板数、气液两相流量和两相之间相互作用有关;压降预测关联式计算值与实测值的误差在10%以内。     

错流旋转填料床气相压降特性

旋转填料床的气相压降是旋转填料床应用和设计的一项重要指标。在气液两相错流流动条件下，利用空气-水系统对错流旋转填充床的气相压降进行分段模型化和实验研究。按照错流旋转填料床气体流动的路径将气相压降分为进口压降、填料层压降、集气段旋转动能转化压降和出气段压降。推导出压降与操作工况的关联式，其计算值与实测值吻合较好。实验表明错流旋转填料床的气相总压降与气体流量、旋转床转速、液体流量有关。在高转速和小气量的条件下，气相压降随气量增大先下降后上升；其他情况随气量增大而上升。错流旋转填料床气相压降随转速上升而下降，在小气量情况下转速对气相压降有明显影响。气相压降随进液量的增大而增大，当旋转填料床在低转速时进液量对气相压降有明显影响。     

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。     

喷射型催化精馏塔构件的流体力学性能

对垂直筛板帽罩内装催化剂构成的新型塔构件进行了实验研究。考察了板孔动能因子、催化剂藏量、床层空隙率对塔构件压降、罩体喷出量以及液泛和漏液速度的影响。结果表明:压降随板孔动能因子和催化剂藏量的增加而增大,随床层空隙率的增加而减小;罩体喷出液体量随着板孔动能因子的增加先增大后减小,随床层空隙率的增加而增大,随催化剂藏量的增加而减小;漏液速度随液体流量、藏量的增加而增大,随空隙率增大而减少;液泛速度随床层空隙率、液体流量的增大而减小,随藏量增加而增大。新型塔构件流体力学性能良好。     

液相黏度对筛板塔流体力学性能影响的研究

以空气-水、空气-甘油水溶液为物系,实验研究了黏度对筛板塔流体力学性能的影响.根据板压降、泡沫层高度、泡沫层平均气含率、雾沫夹带随气体流量变化的趋势,得出如下结论在相同的气速下,随着黏度增加,塔板压降降低,泡沫层高度降低;距测试筛板同一高度的雾沫夹带量随气量的增大而增加,随黏度增大而降低;雾沫分离空间相同时,雾沫夹带量随黏度增加而增大.根据实验数据还得出了不同气速下泡沫层平均气含率与气体空塔动能因子F的实验数据关联式.     

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。     

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。     

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.     

槽式孔板的湿气分层流差压预测模型

槽式孔板是一种新型的气液两相流测量元件,与标准孔板相比,槽式孔板具有前后直管段要求低、差压信号平稳、上游液相无累积等优点。通过对槽式孔板的局部阻力进行分析,槽式孔板总压降主要由摩阻压降和加速压降两部分组成。基于气液两相流体流经槽式孔板的流动机理,利用动量守恒关系式和能量守恒关系式计算摩阻压降和加速压降,建立了槽式孔板的分层流差压预测模型。以空气/水为介质,进行了一系列实验,实验结果表明,孔径比为0.75、0.6、0.5的槽式孔板的平均相对误差分别为6.45%、11.06%、12.52%,为湿气计量算法的完善提供了参考。     

微通道内单乙醇胺水溶液吸收CO2/N2混合气的传质特性

采用高速摄像仪对400 μm×400 μm T形微通道内单乙醇胺（MEA）水溶液吸收混合气中CO₂过程的气液两相流及传质特性进行了实验研究,微通道内的压力降采用压力传感器进行测量。考察了弹状流型下气液两相流量及MEA浓度对压力降、比表面积和传质性能的影响。结果表明,当MEA浓度不变,气液两相流量增大时,压力降、比表面积、传质系数、体积传质系数和增强因子均增大,并逐渐趋于恒定。当气液流量不变,MEA浓度增大时,压力降、传质系数、体积传质系数和增强因子增大,但比表面积减小。实验条件下,压力降范围为2.00~5.23 kPa,化学吸收过程的传质系数范围为7.74×10^-4~2.97×10^-3 m·s^-1。对于伴有快速化学反应的传质过程,以Sherwood数、Reynolds数、Schmidt数及增强因子为变量建立了体积传质系数的预测关联式,平均偏差为5.09%,具有良好的预测性能。     

SMV静态混合器内气液两相流压降的研究

以气-液两相流动的均相流模型为前提,运用流体力学计算软件对SMV静态混合器中的气液两相流的压力场进行模拟计算,分析其压降的规律,并与水平直圆管内压降和混合器内单液相流压降做了对比分析.结果表明:气液两相流流经SMV混合器的沿程压降及局部压降均随着雷诺数的增大呈现明显增大趋势,且管路总压降与元件数成正比;静态混合器两相流...     

多孔板压降特性实验与关联式比较

多孔板作为节流元件具有整流、低噪声、低压损及压差更稳定等优点,然而多孔板压降特性的预测方法目前仍不清晰。以常温水为实验介质,在Re数为4×10⁴~1.6×10⁵范围内,对孔数为172~744、等效直径比为0.544~0.666的多孔板进行了压降特性实验研究,并将实验结果与文献中相关的关联式预测结果进行了比较。结果表明：在相同开孔直径比和流动条件下与单孔板相比,多孔板后涡流引起的黏性耗散较小,因而其压损系数明显低于单孔板;计算多孔板压损系数时,若采用等面积折算所得等效直径比按单孔板进行计算,会使得预测结果明显偏大;Holt关联式的压损系数预测结果与实验结果最为相符,表明同时考虑开孔直径比和孔板相对厚度影响的压损系数关联式预测精度较优。建议通过进一步研究建立完善的多孔板压降预测方法。     

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.     

槽式孔板的气液两相压降倍率特性

简要介绍了一种新型气液两相流量传感器——槽式孔板的工作原理,在分析两相流体与槽式孔板相互作用机理的基础上,结合实验数据和理论模型详细分析了影响槽式孔板两相压降倍率的各种因素.利用曲面拟合技术给出了能够准确表征槽式孔板两相压降倍率与压力、气体Froude数、Lockhart-Martinelli参数之间的相关式,为凝析天然气计量技术研究奠定了基础.     

大型塔进料分布器二相流场数值分析

以大型塔器常用的双切向环流进料分布器为例,通过数值分析研究了气液二相流体在分布器中的分布规律。选用k-ε湍流模型和Lagrange二相流模型,模拟计算气液二相混合进料时,通过改变液气质量流量比,研究气液二相流动规律、分布器的压降及雾沫夹带,同时与只模拟气相流场的结果进行比较。结果显示,气液混合进料比气相进料时的气体分布不均匀度小,压降和平均湍动能则偏大,气液二相流场的计算更接近实际工况,这为大型塔分布器的设计及确定适宜操作条件提供了理论指导。     

摇摆对气液并流模式立体旋流筛板压降的影响研究

以空气-水为实验介质,在喷淋密度78～182 m³·(m²·h)^-1、气相动能因子1.19～2.77 m·s^-1·(kg·m^-3)^0.5、摇摆幅值Θ=5°～15°、周期T=8～20 s的条件下,测定了气液并流模式下立体旋流筛板(TRST)的压降,考察了气液通量、塔板数量、位置和方式对压降的影响,并与直立和倾斜工况对比。结果表明：增加倾斜及摇摆角度干板压降略微下降;摇摆时的湿板压降介于直立和倾斜之间,受摇摆角度影响较大,基本不受周期影响;增大气量有利于抵抗倾斜及摇摆的影响,而增大液量会使倾斜及摇摆的影响作用加剧。整体上,塔板顺、逆向安装时的湿板压降分别在100 Pa和170 Pa以内,而逆向安装的变化率约为顺向的2倍,这是由于逆向安装下改变了气液流动方向,增大了能量损失。建立了气液并流摇摆工况下TRST的湿压降预测模型,相对误差在15%以内。     

起伏振动倾斜上升管气液两相流摩擦阻力分析与计算

起伏振动下气液两相流摩擦压降的准确计算对海洋核动力的发展有重要意义。实验研究了不同振动和流动工况下30°倾斜上升管气液两相流摩擦压降的变化规律。结果表明,起伏振动下摩擦压降波动幅度和平均值显著增大。与静止状态相比,起伏振动下摩擦压降的多尺度熵值除泡状流外明显增大,且呈现大幅振荡现象,流动不稳定性更加显著。静止状态摩擦压降模型计算结果与实验值误差较大,现有模型对于起伏振动状态不适用。分析流动和振动参数对摩擦阻力系数的影响,发现其与均相雷诺数成反比,与振动幅值以及频率成正比。以大量实验数据为基础,建立了适用于起伏振动状态的摩擦阻力系数计算关系式,计算与实验结果吻合较好。