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.     

利用CFD及结点网络相结合的方法研究规整填料传质效率

气液两相不均匀流动是造成填料塔传质效率下降的主要原因之一.采用计算流体力学方法,定量分析规整填料内气液两相流动对传质效率影响的研究尚未见文献报道.从Navier-Stokes方程出发,首先建立了考虑气液之间相互作用的CFD计算模型,定量描述了填料片内的气相流场分布.在此基础上,结合文献中提出的液相结点分布模型及一些经典的传质理论,初步提出了适用于定量计算金属板波纹填料传质效率的耦合型算法,并对规整填料内的传质效率进行了计算,模型结果与实验值吻合较好.为规整填料传质效率的定量研究提供了新的方法和思路.     

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。     

螺旋液桥降膜规整填料螺线间隙液桥形成与流动

液桥是螺旋液桥降膜规整填料的重要特征，存在于螺线间隙，将两个相距一定距离的平行螺线连接起来，目前对螺线间隙液桥形成和流动的研究鲜有报道。为了研究螺旋液桥降膜规整填料各参数和液相负荷对液桥的影响，以及液桥在填料螺线间隙的流动形式，本文搭建了流体流动观测实验装置，通过配备微距镜头的高清相机和高速摄像仪，结合示踪粒子追踪方法，观测了液桥在不同规格螺线间隙的形成、变化和流动形式。结果表明，在一定的液相负荷下，不同规格螺线间隙均能形成稳定且连续的液桥，螺线直径和宽度对液桥的形成、变化和流动影响不大，螺线间隙宽度越小、液体体积越大，液桥越稳定，但液桥表面积会减小。同时，液桥边界随着液相负荷的增加会由凹变平，通过图像慢放发现，液桥在螺线间隙沿着螺旋线方向螺旋下降。本研究对螺旋液桥降膜规整填料结构参数设置及应用具有重要指导意义。     

逆向气流对薄膜流动特性影响研究

气液二相逆流的降膜流动形式是规整填料塔内常见的流动形式,与气液并流模式相比,采用气液逆流的进料方式更有利于物质的交换。文中将在传热传质中起决定性作用的平板和波纹板上薄膜流体微观流动作为研究对象,对逆流气体存在下的薄膜流动特性进行数值仿真。采用开源CFD软件OpenFOAM进行建模,利用基于VOF法的inter Foam求解器,重点分析了不同逆流气速下,薄膜流体自由界面形状、自由界面速度、厚度方向上速度分布和流线图的变化。研究了倾斜平板和波纹板上薄膜流体受逆向气速的影响,分析发现相比平板上的两相流动,波纹板上的液膜受逆向气流的影响更复杂和剧烈,波动性更强,有助于传热传质的进行。     

波纹板规整填料塔液体分布

将填料单元处理成立体节点网,根据节点网内网线液流和节点液流各自的运动方式建立了填料单元的液体分布模型.通过将填料与塔壁间的液体交换规范成填料节点网与塔壁节点网间的液量传递建立了填料单元对应塔壁区的流体分布模型.提出了规整填料塔液体分布问题的边界条件.2个描述填料单元及其对应塔壁区液体分布的数学模型与2类边界条件共同构成了波纹板规整填料塔的液体分布模型.采用单纯形法对3个模型参数进行了估计.模型计算结果与实验数据一致,表明模型能合理地描述波纹板规整填料塔的液体分布性能.     

激光诱导荧光技术观测填料表面非等温降膜流动形态变化

非等温降膜流动在精馏过程中较为常见,其流动特性较为特殊,对填料表面的质量和热量传递有重要影响。本文搭建了可视化的实验装置,在保证液相室温进料的前提下升高填料温度,在规整填料表面构造液相被加热的非等温降膜流动,运用激光诱导荧光技术对液膜形态变化进行观测分析,对液体润湿面积、液膜厚度等参数进行比较。结果表明,随着填料温度的升高,液体润湿面积显著减小,波谷处液膜厚度显著增加,液膜逐渐收缩为沟流,填料表面的不规则液滴数目增多,干板现象越发严重。液体的聚并和分散轨迹消失,液相再分布及表面更新能力降低。因此,填料表面的非等温降膜流动液膜收缩现象十分明显,降低传热传质能力,需在工业生产中引起足够重视。     

规整填料结构对液相分布影响的计算流体力学

提出了一种新型的拟循环边界条件,并采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)中VOF(volume of fluid)多相流模型对液相在两相邻规整填料特征单元上的分布进行三维仿真模拟,数值模拟结果与已有经验公式具有较好的吻合性。从介尺度的角度出发,系统地研究了规整填料的宏观结构和微观结构对液相在规整填料片上分布的影响。结果表明:规整填料的波纹倾角和表面微观结构对液相特别是低表面张力物系在规整填料内的流动形态有很大的影响,而比表面积对液相在规整填料内的流型几乎无影响。相同液相流率下,液相在高比表面积、填料表面有波纹的Y型规整填料片上的分布较好,具有较好的流体力学性能。     

复合规整填料塔中的液相混合

引　言复合规整填料是由两种比表面积相差较大的规整填料复合而成 ,与普通规整填料相比 ,具有操作弹性大的优点 ,特别适用于气液通量大的操作场合 ,如原油减压蒸馏等 .复合规整填料内液相混合行为复杂 ,对传质过程有重要影响 .但到目前为止 ,人们仅对散堆填料塔中液相混合有较多的研究[1～ 6] ,而且不很成熟 ;对规整填料塔及复合型规整填料塔的研究就更不足 .为了促进复合型规整填料的开发和应用 ,本文对复合规整填料Ｍｅｌｌａｐａｋ(12 5Ｘ +2 5 0Ｙ)中的液相混合进行了研究 .1　模　型目前常用的描述填料塔中液相混合行为的模型是扩散型…     

波纹板表面流体流动特性的数值模拟

利用计算流体动力学CFD商业软件FLUENT,以多相流模型中的VOF模拟为基础,建立了波纹板式的计算模型,考察了液体流速、板面结构、液体物性对液膜流动的影响。模拟结果表明,在一定范围内,随着流速的增加,液膜的厚度和流动时间都减小;波纹板结构直接影响液膜流动,凹槽较浅的波纹板有利于连续液膜的产生,波谷滞留液内发生液体回流形成漩涡;液体的表面张力直接影响连续液膜的产生和断裂,表面张力、黏度、流量共同决定了液膜的厚度和相位差。     

泡沫碳化硅波纹规整填料内的液体流动特性

通过采用配备微距镜头的高速摄像仪记录单波纹片上的液体流动行为,发现了泡沫碳化硅波纹规整填料内同时存在液膜流动和准壁流两种液体流动模式。同时测定了组合波纹片之间的液体传递量,并将泡沫碳化硅波纹规整填料与金属丝网波纹填料和金属板波纹规整填料的测试结果进行比较,结果表明泡沫碳化硅波纹规整填料的单波纹片上的液体扩散程度较大,组合波纹片之间的液体传递量高于金属丝网波纹填料和金属板波纹规整填料。研究结果揭示了泡沫碳化硅波纹规整填料具有高效传质特性的根本原因在于其独特的三维空间网孔结构增强了液体在单波纹片上的横向扩散能力和在组合波纹片之间的径向传递能力,为新型高效规整填料的机理研究和进一步开发开拓了思路。     

板式塔降液管的机械消泡研究

研究开发了板式塔降液管机械消泡板组件。在降液管中加设特制的新型消泡板组件,该组件由数列若干块相互平行的倒V字形波纹板垂直排列组成,倒V字形波纹板的开口端向下。消泡板组件半浸于降液管泡沫层中,越堰的泡沫液与波纹板碰撞,以及波动的泡沫层不停地与波纹板摩擦,都加速泡沫的破裂,促进降液管内气液分离,降低了泡沫层高度。开口端向下的倒V字形波纹板还对降液管内液体产生向下的作用力,降低了降液管清液层高度。试验结果表明,对易起泡物系,降液管机械消泡板组件能降低泡沫层高度13.1%—36.2%,降低清液层高度10.5%—32.5%。对不易起泡物系,消泡板组件能降低泡沫层高度7.1%—33.2%,降低清液层高度5.1%—24.6%。因此,该消泡板组件可以起到降低降液管液层高度和延缓降液管液泛的作用,具有良好的消泡效果。     

波纹壁面上流动液膜涡的生成特性

针对液膜在非平整壁面上流动过程中生成涡的现象,基于VOF方法,采用FLUENT软件模拟了三维波纹壁面上的液膜流动。研究了波纹结构内涡结构的演化过程,分析入口Reynolds数、波纹结构、壁面倾角、流体黏度和表面张力对波纹结构内涡结构的影响。结果表明：随着时间的演化,涡的大小和形状不断变化,最终达到稳定。且涡结构变化对自由液面的波动影响显著。较低Re和波形度时,波纹结构内不易形成涡,随着Re和波形度增大,产生涡且涡呈增大趋势,涡的形态也随之改变,自由液面位置升高,其相位滞后于波纹壁面。当壁面倾角改变时,波纹结构内的涡特性变化较大,液膜厚度略有增加,而自由液面相位不明显。表面张力对涡结构有显著影响,液膜流动过程中不容忽视。流体黏性改变时,波纹结构内涡的大小和形状无明显的变化。黏度变小和忽略表面张力时,液膜厚度均变薄。以上结果为工业设备生产、运行和设计提供了一定参考依据。     

板式换热器相变流动的传热及压降特性

建立了三维单流道模型,模拟了波纹倾角和波纹节距对相变流动传热和压降特性的影响。结果表明,沸腾传热和压降特性同时受到流动形式和触点影响,"曲折型"流动有利于液膜蒸发增强传热,触点对气相的扰动作用小于液相,因此在气相体积分数较高的区域的触点处气液相变转化现象不明显。传热系数随波纹倾角的增加而增大,随波纹节距的增加而减小,但在相同入口Reynolds数下波纹节距λ=16 mm比14 mm的传热系数大,主要是因为流动形式的改变在某种程度上减弱了触点数目减少对传热的影响。β=75°和λ=10 mm时传热性能最好。沸腾流动的压降随波纹倾角的增大先升高后降低,在β=65°左右达到峰值,随着波纹节距的增大而降低。     

波纹板填料表面液体降膜流动的特性分析

基于降膜流动实验台,结合计算流体力学方法(Computational Fluid Dynamics, CFD)研究了波纹板表面液体的平均液膜厚度和有效润湿面积等定量信息,并通过三维模拟进一步分析了喷淋密度和波纹倾斜角度β对降膜流动特性的影响。结果表明,液体在波纹板表面的流动并非均匀,分为沟流和溪流两种形式;当喷淋密度较小时,液体在波谷内形成沟流,当喷淋密度达到400 m3/(m2?h),液体跨越相邻波纹进行溪流流动;两种形式波纹板整体的润湿性能均较差,且液膜厚度分布不均;波纹倾斜角度对降膜流动特性影响较大,90°时更有利于提高有效润湿面积。     

Counter-current gas−liquid flow between vertical corrugated plates

The paper is devoted to a theoretical analysis of the counter-current gas−liquid film flow between vertical corrugated plates. We use the Navier−Stokes equations in their full statement to describe the liquid phase hydrodynamics. For the gas phase equations, we use the Benjamin−Miles approach where the wavy liquid/gas interface is a small disturbance for the turbulent gas and where we can linearize the gas phase governing equations. We consider both the steady state and the two-periodical traveling solutions of the counter-current gas/liquid flow between the corrugated plates. The changes in the liquid film hydrodynamics with the increase in gas superficial velocity are the main interest of the investigation. What is the flooding mechanism in the case of flow between the corrugated plates and does the gas superficial velocity for the flooding depend on the wall corrugation parameters?     

Study of rolling by corrugated rollers

A universal setup was developed and patented to produce polymer sheets corrugated by rolling. To calculate the basic process variables of the process of rolling by the setup, a method is proposed to consider the effect of the geometrical and kinematical parameters on the magnitude of the separating force being needed to roll the polymer with allowance for its rheological properties. Some features of the rolling process by corrugated rollers are studied. The viscous-flow and elastic properties of melts of various compositions of polyvinylchloride and low-density polyethylene are studied, the melt flow curves are constructed, and the melt swelling factors are determined. In a feed stock, the permissible moisture content is determined. The tensile strength of corrugated polyvinylchloride sheets is measured. With an increase in the density of the corrugated sheet material, the water absorption is demonstrated to decrease.     

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.