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。     

气液两相并流向下通过筛板孔口单元的压降特性

针对堆叠筛板填料的基本单元，采用12种不同规格的孔板，研究了气液两相并流向下通过孔口的压降特性，阐明了气液流量、孔板结构对压降的影响规律。结果表明：压降随气液流量的增加而增大；随孔径的增大而减小；在筛板常用厚度范围内，孔口锐缘效应使得压降随板厚减小而增大。根据孔口压降行为不同，以气相雷诺数Re_G=5000分界，建立了单一气相向下通过孔口的压降预测关联式；然后利用气相折算因子对关联式进行修正，得到了Re_G>5000时气液并流向下通过孔口的压降预测关联式；当Re_G<5000时，通过直接对单一气相阻力系数进行修正，得到了相应气相雷诺数范围内的气液两相压降预测关联式。     

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。     

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。     

喷射工况下筛板流体力学特性研究

利用总板压降在喷射和鼓泡工况下具有不同的变化规律。测定了筛板上流动工况的转相点。分析了气速、液体负荷、孔径、开孔率以及堰高等因素对相转换的影响。测定了喷射工况下筛板流体力学特性,得出塔板压降、持液量、雾沫夹带量等参数的关联式。     

复合型塔板填料参数对流体力学性能影响的研究

在内径600 mm的有机玻璃塔内,以空气-水为实验物系,测定了不同参数(筛板-填料安装间距、填料结构)的填料段与孔径8 mm、开孔率14.66%的穿流筛板组成的T/P型复合塔板的流体力学性能。实验结果表明,筛板-填料安装间距为5.5 mm时测试板干板压降较间距为0 mm时减少10%以上,液泛点延后,板上泡沫层高度增加10%~15%;各喷淋密度下,350Y型测试板在填料载点之前,压降呈线性增长,板上清液层高于250Y型,不易吹干,操作稳定性更强。喷淋密度为20 m3/(m2·h),N3/2型塔板泛点F因子为2.98(m·s-1)(kg·m-3)0.5,比250Y型增大8.4%,操作弹性提高17%,泡沫层高度也有提高。喷淋密度为60 m3/(m2·h),N5/3型测试板操作下限F因子为0.51(m·s-1)(kg·m-3)0.5,低于250Y型,操作弹性提高21%。     

大颗粒尿素洗涤塔的计算与分析

结合某厂大颗粒尿素洗涤塔技术改造的工艺要求，介绍了洗涤塔设计方案的选择论证过程，提出了板波纹规整填料和大孔穿流筛板的组合式设计方案，对不同规格的规整填料和塔板参数选择进行了对比和讨论，结果表明，板波填料采用3m高的125Y型，塔板采用板上无液层的大孔穿流筛板是理想的组合。     

不同开孔方式的大孔筛板干板压降研究

评价塔设备性能的主要指标之一就是塔板压强降。干板压降是筛板塔总压降的主导部分。本文以降低筛板的干板压降为目标,使用标准k-ε湍流模型,对不同开孔方式的大孔筛板进行了模拟计算,定量地讨论了筛板开孔方式对筛板干板压降的影响效果。模拟结果表明,下锥形筛板不利于降低干板压降,而具有合适锥度的上锥形筛板与普通筛板相比是可以降低干板压降的。经过光滑处理的弧形上锥形筛板虽然对减少结焦反应有利,但在降低干板压降方面没有明显的作用。     

气液并流筛板流态的模拟

文章利用CFX软件对开孔率为17%、150×120 mm的矩形气液并流筛板的气液两相流态进行模拟,分析了气液两相并流筛板的传质传热机理及筛板压降产生的主要原因。通过模拟研究了气液两相并流时气相和液相流量变化分别对塔板压降产生的影响。     

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.     

新型垂直板规整填料流体力学及传质性能

采用氧解吸实验,在直径190 mm的有机玻璃塔内,液相喷淋密度10～38 m³·m^-2·h^-1,F因子0.2～3.2 m·s^-1·（kg·m^-3）^0.5的实验条件下测定了一种新型垂直板规整填料的流体力学及传质性能。实验结果表明：垂直板填料的操作压降及传质性能均显著优于商业波纹填料。通过与几种经改进的250型波纹填料相比发现,两者泛点F因子整体上相当;在较高液体喷淋密度下,垂直板填料传质性能及压降均高于改进250型波纹填料;在低喷淋密度下,垂直板填料可实现压降低于改进250型波纹填料,而两者传质性能相当。此外,对填料结构改进对其性能的影响进行了单因素考察。     

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。     

多旋臂气液旋流分离器压降特性试验

为强化气液离心分离过程,实现在大直径分离器内的气液旋流高效分离,设计构思了一套多旋臂气液旋流分离设备,为气液分离大型化设计提供了一种新思路。在纯气流条件及不同的旋流臂喷出气速下对该分离设备进出口静压差进行了测量,实验结果表明,旋流分离设备静压差在整个运行过程中较为稳定,有较强的可预测性,无量纲标准偏差维持在2%以内,总压降与旋流臂出口气速呈现出良好的平方关系。进一步将总压降分解为入口及旋臂摩擦损失、分离器空间内摩擦损失和出口管路摩擦损失三个部分进行详细测量,获得了各部分压降与旋流臂出口速度头的定量关联模型,发现分离器空间内摩擦阻力损失在总压降中占比最大。GLVS总压降主要受旋流臂出口气速影响,加入液相后对压降影响很小。该旋流分离设备的阻力系数与普通旋风分离器相当,根据四组不同结构尺寸的旋流头得到了阻力系数与旋流头关键设计参数的关联式,为进一步结构优化提供了参考。     

Flow regimes and pressure drop of a composite tridimensional rotational flow sieve tray under concurrent gas-liquid flow

A composite tridimensional rotational flow sieve tray (CTRST) is proposed. The flow patterns of CTRST were visually categorized, combined with the standard deviation of the pressure difference. In the TRST area of the internal packing-type tray, the membrane-drip column and foam-embolic flow is present, while bubbly and milk froth-ribbon flow is present in the packing area of the external packing-type tray. The effect of the tray structure parameters on the pressure drop under co-current flow was investigated. The dry and wet pressure drop is within 160 and 900 Pa, respectively. Under the same structural parameters, the pressure drop of the internal packing-type tray was higher than that of the external packing-type tray. The flow characteristics of the standard tray under the countercurrent flow were compared. The CTRST was found to be more suitable for co-current flow. A prediction model pressure drop under co-current was established with an error of 15.5%.     

填料塔气液并流接触时压降的研究

以内径72 mm的玻璃吸收塔为主体,分别采用Mellapack-250X型金属孔板波纹规整填料以及Dg16塑料阶梯环散堆填料作为传质媒介。以水-SO2作为研究体系,结合气液逆流接触吸收试验对比分析气液并流接触时填料层压降的情况,并分别考察了气相动能因子F和液气比L/V对填料吸收塔气液并流接触时填料层压降的影响。填料层压降随着气相动能因子F的增大呈指数型增长,随着液气比的增加而升高,并流操作时的影响相对逆流操作时变化幅度较小。通过试验结果拟合出相应压降的关联式,为进一步的工艺设计与优化提供相关依据与理论指导。     

Gas side controlled mass transfer in a new packing with stamped horizontal lamellae operating at extremely low liquid loads

The gas side controlled mass transfer coefficient of an easy to make packing, with stamped horizontal lamellae, designed for operating at extremely low liquid superficial velocity, between 0.04 and 1 m³/m² h is investigated. The absorption of SO₂ in sodium hydroxide water solution is used as a model process. Based on the obtained experimental data, an equation for calculating the gas side controlled mass transfer coefficient, with deviation of ±8% is presented.The comparison between the new packing and different highly effective packings shows that the new one has lower pressure drop at the same specific area and mass transfer coefficient, respectively higher mass transfer coefficient at the same pressure drop and specific surface.Of all compared highly effective packings, only the crossed strips packing, quite difficult to produce, has close, yet higher, pressure drop at similar specific surface area and volumetric mass transfer coefficient.     

气液鼓泡床泡罩式气体分布器流场的CFD模拟

采用ANSYS FLUENT商用CFD软件对气液鼓泡床内泡罩式气体分布器单体进行了数值模拟。以Ug=12.34m/s的入口速度对计算模型进行单相三维稳态模拟。研究了泡罩内径、泡罩齿片和入口管开孔分别对塔内不均度和泡罩式气体分布器的压降影响规律。研究表明,随着泡罩内径的增加,塔内不均度和分布器压降减小;泡罩齿片加宽,齿片对气体的阻力增加;齿片间距增加,齿片对气体的阻力减小;入口管开孔数对塔内不均度没有任何影响。开孔数很少时,开孔数量的增加使分布器的压降减小,然而开孔数增加到一定数量时,开孔数对分布器的压降影响甚微。对泡罩式气体分布器进行了结构优化。