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大型双溢流立体传质塔板CTST板上液相流场的CFD研究

作　者: 郑松章
导　师: 刘继东
学　校: 河北工业大学
专　业: 化学工程
关键词: 双溢流 计算流体力学 气液两相流 立体传质塔板 液相流场
分类号: TQ053.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


立体传质塔板(Combined Trapezoid Spray Tray,简称CTST),因其结构上的特点和性能的优越性,目前已广泛应用于石油、化工、制药等行业中。作为一种具有广阔应用前景的新型塔板,对其板上气液两相流体的流动进行深入研究将具有重要意义。由于计算流体力学(Computational Fluid Dynamics)CFD具有省时、省力、效率高、易于改变参数和工况条件等优点,因而常用来预测大型精馏塔的液流形式和流体力学特性,是塔板两相流场研究的重要方法和有力工具。本文建立了直径为2600mm的大型双溢流立体传质塔板CTST板上气液两相流体流动的CFD模型,利用CFD商用软件对工业规模的CTST板上气液两相流场进行了模拟研究。计算了不同工况下收缩流和扩张流两种流型的液相流场分布。分别从不同的截面考察了帽罩内部、帽罩与帽罩间以及板上的气液两相之间的流动情况,并对板上两种流型的气液两相相含率进行了研究,得到了双溢流塔板收缩流和扩张流两种流型的板上气液两相流场分布规律。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,板面不存在回流区;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它地方小,液相含率较其它地方低,且在同一液流量的情况下,随着气速的增加,两种流型板上液层越来越薄。将清液层高度的CFD结果和经验公式的结果进行了对比,变化趋势基本一致,验证了所建模型的正确性。通过CFD模拟计算,可以为塔板的改进和优化提供理论依据。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-11
第一章 文献综述  11-21
  §1-1 两相流体力学的研究  11-12
    1-1-1 两相流简介  11
    1-1-2 两相流的研究方法  11-12
  §1-2 计算流体力学简介  12-13
    1-2-1 特点  12-13
    1-2-2 基本步骤  13
  §1-3 CFD 软件简介  13-14
  §1-4 塔板计算流体力学的发展  14-16
    1-4-1 拟单相流模型  14-15
    1-4-2 混合模型  15
    1-4-3 双流体模型  15-16
  §1-5 计算流体力学在塔板两相流中的应用  16-17
  §1-6 塔板上液相流动的研究  17-19
  §1-7 本文工作  19-21
第二章 塔板液相流场计算模型  21-39
  §2-1 塔板两相流动的描述  21-22
  §2-2 湍流模型简介  22-27
    2-2-1 单方程（Spalart-Allmaras）模型  22-23
    2-2-2 标准k-ε模型  23-24
    2-2-3 RNG k-ε模型  24-25
    2-2-4 Realizable k-ε模型  25-26
    2-2-5 雷诺应力模型（RSM）  26
    2-2-6 大涡模拟（LES）  26-27
  §2-3 界面追踪方法  27-28
    2-3-1 水平集方法（Level Set 法）  27
    2-3-2 VOF（Volume of Fluid）方法  27-28
  §2-4 CFD 数学模型的离散  28-31
    2-4-1 数值离散方法  28-29
    2-4-2 常用的离散格式  29-31
  §2-5 塔板液相流场模型的建立  31-38
    2-5-1 物理模型  31
    2-5-2 数学模型  31-35
    2-5-3 流场求解算法  35
    2-5-4 网格的划分  35-36
    2-5-5 边界条件  36-38
  §2-6 小结  38-39
第三章 CFD 数学模型的验证  39-42
第四章 CFD 数值模拟结果与分析  42-55
  §4-1 液相流场模拟结果与分析  42-50
    4-1-1 X-Y 平面速度流场分布  42-45
    4-1-2 Y-Z 平面速度流场分布  45-47
    4-1-3 X-Z 平面速度流场分布  47-50
  §4-2 气液两相相含率分布  50-53
  §4-3 气速对清液层高度的影响  53-54
  §4-4 小结  54-55
第五章 结论与展望  55-57
  §5-1 结论  55-56
  §5-2 展望  56-57
参考文献  57-60
致谢  60-61
攻读学位期间所取得的相关科研成果  61

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 一般性问题 > 化工机械与仪器、设备 > 化工通用机械与设备 > 塔式化工设备
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