新型多降液管塔板的流体力学性能及其流场CFD模拟

开发了一种流场均匀且液相处理能力大的新型多降液管塔板。本文以水和空气为介质,在内径1219mm的有机玻璃塔内,研究了新型多降液管塔板的流体力学性能。结果表明,在相同气液负荷下,相较于弓形降液管塔板,新型多降液管塔板具有湿板压降低、雾沫夹带量小和漏液少等优点。同时新型多降液管塔板继承了多降液管（MD）塔板液相负荷高的特点,在空塔动能因子2.4(m/s)·(kg/m³)^0.5的条件下,全塔喷淋密度仍可高达80m³/(m²·h)。对塔板上液相流场的流体流动特性进行了计算流体力学（CFD）分析,并将模拟结果与MD塔板进行对比。结果表明,新型多降液管塔板降液管的结构和排布方式使得塔板上液体流动更加均匀,预期可以获得更高的塔板效率。     

波纹板填料的流体力学性能

应用商用Fluent软件,采用RNG k-?湍流模型,对波纹板填料内三维气相流场进行了数值模拟研究。结果发现,气体从填料底部进入后,大部分气体流入波纹板波谷,并沿波纹板倾角方向流动,此时气体流速较大,压降较小;小部分气体在波纹板波锋区域流动,方向曲折向上,气体流速较小,压降也较大;不同气体动能因子下填料的干板压降模拟值与Billet模型预测值、文献实验数据吻合较好;在理想波纹板填料模型中,气体沿波纹板倾角方向流动碰到塔壁时,转向相邻板片波纹倾角的方向流动,实际应用中容易出现壁流现象。本研究对波纹板填料结构改型及应用具有重要指导意义。     

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。     

倾斜波纹板上液膜流动的CFD研究

利用VOF法建立了液膜在倾斜波纹板上的气-液两相流CFD模型,并根据液膜流动特点提出了表面张力动量源项和气液界面作用力动量源项.模拟结果与文献实验值吻合较好,表明本文提出的CFD液膜流动模型具有一定的可靠性.通过模拟不同性质的液体在不同表面结构波纹板上的流动过程发现,波纹板表面微观结构以及液体性质尤其是液体的表面张力对连续液膜的形成有重要作用,表明通过改变波纹板面微观结构以及降低液体的表面张力可以促进连续液膜的形成,对提高气液之间的传质效率有重要意义.     

两相流CFD组合导向浮阀塔板研究进展

对于新型的组合导向浮阀塔板的研究,依照过去的研究模式和设计方式需花费大量的成本,而且规模化、产业化周期比较长,对工业生产有较大的影响。为了很好地解决上述问题,通过大量现场数据结合过去的文献理论与国外先进的理论成果,综合分析利用两相流CFD方法可进一步深入研究新型塔板。这种方法节约成本,易于计算,所得结论对现场实际有一定的指导作用。     

NS穿流复合塔板的流体力学和传质性能及其在工业中的应用

将H型高开孔率双层错排复合穿流筛板与规整填料耦合,开发了一种新型穿流复合塔板,正常操作压降仅为100Pa左右(普通塔板600Pa),通量提高2倍以上;传质效率都在80%以上,高气速下接近100%,操作弹性达到5倍,解决了塔器大型化的结构和安装难题,可以适用于减压、常压和加压等不同工况。工业应用表明,对传统板式塔或填料塔的改造升级,可以实现处理能力提高2倍以上的同时,节能50%以上,为蒸馏过程新建塔器缩小塔径降投资、旧塔扩能提质改造以及灵活调整产能和节能降耗提供了技术支撑。     

流化床内颗粒流体两相流的CFD模拟

采用先进的CFD模拟技术分析流化床内两相复杂体系的非线性流体动力学特征已得到普遍认同,但是由于不同研究者对颗粒与颗粒以及颗粒与流体之间相互作用力认识的差异,导致欧拉-欧拉框架下动量守恒方程的不同表达形式。本文在总结文献中有关颗粒黏性力、固相压力和两相间作用力的基础上,从双流体理论出发,提出了一个考虑拟平衡态下固体颗粒对流体相和固相动量守恒方程均有影响的简捷流体动力学模型。该模型的主要特点是表征颗粒离散属性的特征长度视为颗粒直径的同一数量级。随后在CFX4.4商业化软件平台上通过增加用户自定义子程序,对网格尺度、时间步长和最大颗粒堆积率的无关性进行检验,介绍了作者近年来采用该模型模拟二维/三维流化床内液固体系的散式流态化、气固Geldart A类物料的散式/聚式流态化和床层塌落特性以及Geldart B/D类物料的鼓泡/射流流态化和床层塌落的研究进展。模拟的主要结果与经典理论、本研究实验和文献报道数据相一致,说明该模型可以用来预测流化床内密相颗粒流体体系的动力学特性。     

固定床反应器中气液分配器的流体力学性能

设计了一种底部带有碎流板的新型管式气液分配器。以水和空气代替工业上的原油和氢气进行冷模实验。实验过程为:水由水箱经水泵抽出,经液体流量计计量后进入实验塔上部的气液扩散器,气液两相流经急冷箱冷却后同时向下通过分配器。进入到接液装置的液体通过橡胶管导入到放置在地面上的17个标有编号的量筒中,未进入接液装置的液体流入水箱,气体则排放到大气中。最后用U形管差压计测量分配器的压力降。实验研究了该分配器的分配性能、压力降损失、气液相操作弹性和分布不均度,优化并确定该分配器的结构形式和结构参数。结果表明,该分配器的最佳工作条件为:液相量为0.3m³/h左右,气相量为20~30m³/h。     

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.     

应用计算流体力学对筛板上液相三维流场的模拟

在充分考虑了气、液相体积分率及气液两相间相互作用力的影响下,建立了直径1.213m大型精馏塔板上液相流场的三维数学模型.运用有限体积法及计算流体力学软件star-CD 在SGI公司Origin 200 Server工作站上进行了求解,计算结果与Solari和Bell的实验数据对比表明,两者能够很好地吻合.     

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。     

CFD gas-liquid simulation of oriented valve tray

Computational fluid dynamics (CFD) has recentlyemerged as an effective tool for the investigation of the hydraulic parameters and efficiency of tray towers. The computation domain was established for two types of oriented valves within a tray and meshed into two parts with different grid types and sizes. The volume fraction correlation concerning inter-phase momentum transfer source was fitted based on experimental data, and built in UDF for simulation. The flow pattern of oriented valve tray under different operating conditionswas simulated under Eulerian-Eulerian framework with realizable k-ε model. The predicted liquid height from CFD simulation was in good agreement with the results of pressure drop and volume fraction correlations. Meanwhile, the velocity distribution and volume fraction of the two phases were demonstrated and analyzed, which are useful in design and analysis of the column trays.     

组合导向浮阀塔板的CFD模拟及反向流分析

精馏塔板上的气液两相流动对传质效率有重要影响。根据实验数据拟合得到平均气含率关联式,将其加入动量源项,采用Fluent软件对1.2 m直径的组合导向浮阀塔板上的气液两相流动进行CFD模拟,考察了塔板上的气液两相流动状况。清液层高度的模拟结果与实验数据关联式相吻合,验证了模拟的正确性。对塔板上液相的非理想流动进行了分析,通过对反向流进行量化和统计计算出反向流体积分数(即反向流体积占塔板总体积的百分比)。3块不同浮阀排布塔板的反向流体积分数时均值的计算结果表明,梯形浮阀和矩形浮阀的排布方式对反向流影响很大,通过合理排布能够使工业塔板的反向流体积分数时均值从22.0%下降到19.4%,降幅达到11.8%。本研究结果可望对塔板的设计和优化提供指导。     

组合导向浮阀塔板的雾沫夹带实验及CFD模拟

对组合导向浮阀塔板进行了水力学实验，测定了2块直径1m、不同浮阀排布的组合导向浮阀塔板的雾沫夹带和相关水力学数据。根据实验塔板的结构和尺寸参数建立几何模型，采用Fluent 6.3.26软件对板上气液两相流动进行CFD模拟，考察了塔板上的气液两相流动状况。清液层高度和雾沫夹带的模拟结果与实验结果吻合较好，验证了模拟的准确性。对两块不同浮阀排布的组合导向浮阀塔板的雾沫夹带和板上液体反向流进行了分析，结果表明在适当位置用导向能力更强的梯形浮阀代替矩形浮阀可有效降低雾沫夹带率和液体反向流比例，雾沫夹带率的实验值和模拟值分别降低了13.4%和10.6%，液体反向流比例降低了12.8%。研究结果表明，通过CFD模拟可望指导两种浮阀的合理排布和塔板的优化设计。     

FST高效塔板传质元件内气相流场的数值模拟

FST高效塔板是一种喷射型塔板,同鼓泡型塔板相比,具有高通量、低压降等特点。塔板传质元件的结构会很大的影响塔板的传质效率和压降,为了优化塔板结构设计,提升塔板性能,有必要研究不同结构传质元件的效果。本文使用FLUENT软件对FST高效塔板传质元件开展数值模拟研究,得到传质元件内部气相流场,对比了3种结构传质元件内部气相流场的分布情况,考察了除雾叶片、旋流叶片径向角对气相流场的影响。结果显示除雾叶片会增强传质元件的除雾效果,降低塔板的雾沫夹带,但也会带来额外的塔压降。旋流叶片径向角会增强气相旋流强度,强化传质效果,但是也会带来压降过大、回流过大的问题。为优化设计塔板传质元件,应综合考虑各结构因素的影响,合理平衡塔板压降与传质效果、除雾效果。     

CFD simulation of hydrodynamics of gas-liquid-solid fluidised bed reactor

A three dimensional transient model is developed to simulate the local hydrodynamics of a gas-liquid-solid three-phase fluidised bed reactor using the computational fluid dynamics (CFD) method. The CFD simulation predictions are compared with the experimental data of Kiared et al. [1999. Mean and turbulent particle velocity in the fully developed region of a three-phase fluidized bed. Chemical Engineering & Technology 22, 683-689] for solid phase hydrodynamics in terms of mean and turbulent velocities and with the results of Yu and Kim [1988. Bubble characteristics in the racial direction of three-phase fludised beds. A.I.Ch.E. Journal 34, 2069-2072; 2001. Bubble-wake model for radial velocity profiles of liquid and solid phases in three-phase fluidised beds. Industrial and Engineering Chemistry Research 40, 4463-4469] for the gas and liquid phase hydrodynamics in terms of phase velocities and holdup. The flow field predicted by CFD simulation shows a good agreement with the experimental data. From the validated CFD model, the computation of the solid mass balance and various energy flows in fluidised bed reactors are carried out. The influence of different interphase drag models for gas-liquid interaction on gas holdup are studied in this work.     

CFD and experimental studies of liquid weeping in the circular sieve tray columns

Sieve trays are widely used in fractionating devices like tray distillation towers existing in separation and purification industries. The weeping phenomenon that has a critical effect on the efficiency of tray towers was studied by a numerical model and some experiments. The experiments were carried out in a pilot scale column with the diameter of 1.22 m that includes two test trays and two chimney trays. Weeping rates and some hydraulic parameters were measured in sieve trays with the hole area of 7.04%. Furthermore, the total weeping rate and weeping rate in inlet and outlet halves of the test tray were determined. It was also used an Eulerian–Eulerian computational fluid dynamics (CFD) method for the present study. The model was able to predict the dry tray pressure drop, total pressure drop, clear liquid height, froth height, and weeping rate simultaneously. Furthermore, the obtained CFD results were in a good agreement with the experimental data in terms of pressure drop and the model properly predicted several hydraulic parameters like the liquid weeping behavior along the tray.     

基于CFD考察新型连续结晶罐的性能

运用计算流体力学(CFD)数值模拟的方法,研究了结晶罐不同功能区(混合区、结晶区)对谷氨酸结晶的影响.考察混合区和结晶区在不同搅拌转速、不同晶体粒径下,结晶罐内晶体颗粒悬浮均匀程度、溢流液与进料液量比例的变化情况.模拟结果表明:结晶罐内2个对搅拌强度不同要求的区间——混合区和结晶区在结晶过程发挥着不同的功能,混合区搅拌...