导向立体传质塔板罩内两相流的CFD模拟

利用VOF方法建立了导向立体传质塔板(CTST-8)罩内气液两相流动的CFD模型,采用CFD软件FLUENT对模型进行求解.物理模型用FLUENT的前处理软件Gambit建立,在速度梯度大的地方采用局部加密网格,根据计算结果进行网格的自适应.对板孔气速为8.4 m/s,清液层高度为25 mm的工况下进行数值模拟.模拟结果显示了罩内流场为复杂的三维流动,利用计算可得到罩内流场的相含率分布、速度分布以及压强分布等.将罩内压强的测量结果与模拟结果进行对比,吻合较好.说明本文数值模型具有较好的精度,可以用于CTST-8罩内两相流场的预测.     

管型混合澄清槽内的液-液两相流的数值模拟

管型混合澄清槽在工业生产中具有广阔的应用前景。通过计算流体力学分别对管型混合澄清槽内的混合室和澄清室进行数值模拟,系统地探究了分散相液滴尺寸（d₃₂₌ 100~500 μm）、进料油水比（O∶A = 1∶1~1∶5）、入口挡板及入口位置对混合澄清效果的影响,并将模拟结果与传统方型混合澄清槽进行对比。结果表明,管型混合室内的流场分布更合理,不易形成流动死区。管型混合室内搅拌桨上方和下方形成压力更小的低压区,流体的湍动能更大,搅拌性能更好。在混合室中,降低分散相d₃₂和进料油水比能够提高混合性能。在澄清室中,提高分散相d₃₂和降低进料油水比能够提高澄清性能,入口挡板能够有效提高澄清性能。     

立体传质塔板罩内的气相速度分布

罩内气速分布是反映立体传质塔板帽罩结构合理与否的重要参数。文中在600 mm的冷模实验塔内采用热膜测速仪对立体传质塔板(CTST)帽罩内气体速度分布进行了实验研究,发现气体在CTST帽罩内的流动形态大致可以分为3个阶段,即回旋区、发展区、喷射区。各区域内的气速分布特点显著不同,分别起到不同的作用。不同板孔气速条件下,各区域速度分布的变化趋势基本一致。罩内气速分布与压力分布的对比情况较好地反映了罩内动能与势能之间的能量转换规律。     

立体传质塔板（CTST）高效分离塔板技术进展

立体传质塔板（CTST）作为一种结构独特、性能优异的喷射型塔板,具有通量大、效率高、压降低、抗堵性能强、消泡性能好等特点。其优异特性是塔板与其附近气液流场多相耦合作用的结果。本文介绍了CTST塔板结构、压降、持液量等特性,对塔板附近气液流场性能机理进行综述,并进一步总结了CTST的优化方向及近年来的典型应用实例。由于CTST在不改变塔径的情况下替换塔板即可增大处理量和分离效果,能够以最小的投资提高产量,目前已在全世界多个国家和地区成功应用。其中,中国500多家企业的4000多套塔都已成功运行。覆盖了石化、PVA、制药、氯碱、PTA、苯精制/顺酐、化肥等行业。虽然CTST在工程应用上获得了广泛认可,但其作用机理仍有进一步研究的空间。完善CTST性能机理的研究对改进CTST、发展高效分离塔板技术有着重要意义。     

搅拌反应器内气液两相流的CFD研究进展

搅拌式气液反应器因其操作灵活、适用性强等优点,在过程工业中应用广泛.综述了采用计算流体力学CFD技术对搅拌反应器内气液两相流动行为的数值模拟研究.Euler-Euler双流体模型作为主要方法用于描述气液两相流动,在其基础上耦合相对简单的气泡数密度函数模型或复杂的群体平衡模型,可较为准确地预测搅拌反应器内气泡尺寸和局部气含率及其分布规律.CFD模拟结果可用以分析和评价不同搅拌桨叶、搅拌桨组合和气体分布器的气液分散性能,对气液反应器的结构优化和过程强化提供了有效手段.     

导向立体传质塔板在低温甲醇洗装置中开发应用

根据合成氨变换气脱硫塔扩产50%的要求,开发出一种导向立体传质塔板(CTST-8)。对导向立体传质塔板的流体力学性能研究表明,新塔板具有板压降低、气液二相通量大、抗堵塞、能消泡等技术特点。对扩产50%的低温甲醇洗脱硫塔内的水力学参数进行了核算,结果表明,扩产后的操作参数均处于导向立体传质塔板正常操作范围之内。将导向立体传质塔板应用于山西天脊集团变换气脱硫塔的扩产改造,达到了扩产50%的要求,取得了良好的效果。塔顶出口气相中φ(H2S)≤2×10-6,φ(CH3OH)≤3×10-4,全塔阻力小于0.08 MPa。     

新型立体传质塔板及其流体力学性能

新型立体传质塔板（CTST）结构新颖, 充分利用塔板空间进行传质,具有通量大、效率高、压降低、抗堵性能强、消泡性能好等优点.在工业规模的实验塔上对立体传质塔板的塔板压降、帽罩底隙处罩内外压强、帽罩内部气相速度分布规律、雾沫夹带量、气体对液体的提升能力、塔板空间持液量等几个方面的流体力学性能进行了研究.结果表明,立体传质塔板克服了穿过塔板液层的阻力,板压降较低;塔板上帽罩底部的进液口处,罩内压强低于罩外,利于吸液;罩内气相速度分布比较合理;气液两相负荷均可较大幅度提高,而且雾沫夹带量非常低;气体对液体的提升性能以及塔板空间的持液性能都比较理想.     

立体连续传质复合塔板流体力学特性

通过分析板式塔与填料塔各自的优缺点,在梯矩形主体连续传质塔板的基础上,提出一种由喷射型塔板、规整丝网填料及其附件构成的复合塔板.实验考察了操作条件与几何结构等因素对该复合塔板流体力学性能的影响.结果表明：与其他板式塔板相比,该塔板在相同的操作条件下具有压降更低、通量更大、操作弹性更高、雾沫夹带更小等优点.     

侧进式搅拌釜内气液两相流的数值模拟

采用计算流体力学(CFD)技术对φ1.5 m×1.2 m侧进式气液搅拌釜内气液两相流场进行数值模拟,检验了3种气液分界面边界条件和两种相间曳力模型。通过UDF程序将上述模型分别与欧拉双流体模型和 dispersed k-ε 两相湍流模型进行耦合计算,得到搅拌功率准数、总体气含率和气相分布,并与冷模实验结果进行对比,得到能准确预测的CFD模型。研究结果表明,3种气液界面边界条件下采用标准S-N模型计算所得的功率准数和气体分布误差均较大,而Brucato-Tsuchiya模型的预测结果更接近实验结果;气液界面边界条件对总体气含率的预测影响较大,采用速度进口或脱气边界和Brucato-Tsuchiya模型耦合计算所得的结果误差比压力出口边界明显要小。     

双溢流立体传质塔板上液相流场CFD研究

采用计算流体力学方法对直径为2 600 mm的工业规模双溢流立体传质塔板板上气液二相流动进行了模拟研究。计算了不同工况下收缩流和扩张流2种流型的液相流场分布,得到了双溢流塔板收缩流和扩张流2种流型的板上气液二相流场分布规律。通过将清液层高度的CFD结果和经验公式的计算结果进行对比,验证了所建模型的正确性。模拟计算结果表明:边降液管收缩流板面液相流动较均匀,近似于均匀的收缩流,不存在回流区;中降液管扩张流板面液相流动不均匀,靠近塔板中心流速较快,塔板弓形区存在着回流现象;板孔处的帽罩区液层较其他地方小,液相体积分数较其他地方低,扩张流受气相的影响较收缩流大。     

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。     

气升式陶瓷膜过滤过程的气液两相流模拟

采用VOF双流体模型对19通道气升式陶瓷膜过滤装置进行气液两相流的流体动力学模拟,研究了曝气孔直径和曝气量对气升式陶瓷膜过滤装置的气含率、环流液速、膜面剪切力及膜管内湍流强度的影响,模拟结果与实验结果的误差在5%~10%之间。结果表明,气升管与降液管的气含率都随曝气量增大而增大,随曝气孔直径减小而增大;环流液速、膜面剪切力及膜管内的湍流强度都随曝气量增大先增大,当曝气量达到400L·h^-1时其增大趋势变缓。通过实验和模拟比较了3种不同孔径的曝气头,环流液速与曝气孔的直径关系不大,仅与曝气量相关,但曝气孔直径越小,其膜面剪切力越大,越有利于过滤过程的进行。     

充模过程的Level Set两相流模拟

采用Level Set两相流方法模拟了熔体充模过程,避免了处理复杂的边界以及用Ghost方法将熔体内的速度值外推到熔体外的情况。分别对型腔水平中面与垂直中面的充模过程进行了模拟。讨论了不同注射速度、不同注射口数量以及不同Reynolds数对充模过程的影响,得出了不同时刻各种情况下熔体界面的位置与充模过程刚结束时型腔内的压力分布,分析了熔体在型腔内运动的不同阶段的特点及形成不同阶段的原因。结果表明,在注射口宽度与型腔宽度相差不大的情况下,如果采用中低速充模,则整个充模运动过程以比较平稳的扩展性运动为主,充模较完全,熔体不发生破裂,制件效果较好。充模速度越大,熔体达到平稳流动的时间越短,充模过程越短。数值模拟结果与实验结果一致,同时表明Level Set两相流方法在求解拓扑性质发生较大变化问题时具有很大的优势。     

气液两相流界面多尺度问题可计算性研究进展

气液两相流复杂多变的界面结构在瞬态时间上具有宽广的空间尺度范围.界面多尺度问题涉及化工领域、核安全领域以及其他多个领域,其可计算性是当前国内外气液两相流领域的研究焦点之一.分析了欧拉体系下处理气液两相流相界面不连续性的两种基本模型以及湍流模拟方法对界面结构的影响.针对离散流界面尺度分布性和混合流界面跨尺度性两类多尺度问题,分析了可计算性研究面临的困境,将其归因于网格尺度的约束、几何及物理边界的缺失.重点归纳了混合流界面跨尺度性问题的计算方法以及典型应用.最后对气液两相流界面多尺度问题提出了应对策略及研究趋势,为此类问题研究提供有益的参考.     

非圆小通道内非牛顿流体-氮气二相流型研究

采用可视化手段研究了水力直径为2.886 mm和0.866 mm的等边三角形截面微小通道内非牛顿流体气液二相垂直上升流动,表观气速0.1—100 m/s,表观液速0.01—6 m/s。根据观察和测量结果,得到三角形通道内的羧甲基纤维素钠(CMC)溶液-氮气的典型流型图像和流型转变界限。通过与常规通道的空气-水二相流型图对比,发现液体的黏性、表面张力以及截面形状和水力直径等因素对流型的转变具有显著的影响。     

径向引入方式下联箱并联分支管中两相流流量分配计算

为了解决径向引入方式下联箱并联分支管两相流流量分配问题,提出了一种并联分支管流量分配计算方法。应用水平等径分流和垂直T形三通管相分离预测模型,给出了轴向和径向引入并联分支管计算方法和具体步骤。应用该方法预测了一个径向引入、具有4个并联分支管联箱的流量分配情况,将计算结果和实验结果进行了比较,借助高速摄影图片和CFD计算结果分析了实验值和计算结果产生差异的原因,结果表明该方法在预测径向引入联箱分支管两相流流量分配方面具有可靠性。     

油水两相流相含率的软测量方法

对垂直上升管中油水两相流流动测得的电导波动信号,从时频域内提取了11个反映油水两相流流动特性的特征量.频域内特征量提取采用了语音信号处理中的线性预测方法,时域内特征量提取采用了时间序列统计分析方法.将这些特征量作为人工神经网络的输入量,在总流量10～60 m³•d^-1及含水率51%～91%范围内,采用基于Levenbery-Marquardt算法的BP人工神经网络作为相含率预估模型,较好地实现了油水两相流含水率预测,为两相流相含率测量提供了一种新的软测量途径.