文丘里气液分配器内两相流的cfd模拟

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1、文丘里气液分配器内两相流的CFD模拟程锦承，赖朝荣，程振民*（华东理工大学联合化学反应工程研究所，上海200237）摘要：依据文丘里管渐缩渐扩的特点，设计了文丘里分配器，应用计算流体力学CFD软件对文丘里气液分配器进行三维模拟，得到了文丘里分配器出口面上的径向速度分布和分配器内的流场。结果表明气液两相在分配器喉管段流速达到最大，气液两相流形成分散流；分配器出口面上的径向速度分布符合高斯分布，分配器内的压力呈现先减小后增大的特征。关键词：数值模拟CFD文丘里分配器内构件中图分类号：TQ018文献标示码：ACF

2、DSimulationofGas-LiquidFlowinVenturiDistributorCHENGJin-cheng,LAIChao-rong,CHENGZhen-min(UnlabResearchCenterofChemicalReactionEngineering，ECUST，Shanghai200237,China)Abstract:VenturidistributorwasdesignedbasedonthecharacteristicsofVenturitube.The3-Dflowfiel

3、dofVenturidistributorwassimulatedbyComputationalFluidDynamics(CFD),sothattheaxialvelocityofoutletfaceandflowfieldindistributorcanbeobtained.Itshowsthatthevelocityofgas-liquidflowcanreachthemaximum,andformdispersedflowontheconvergingsectionindistributor;the

4、axialvelocityofoutletfacematchesGaussiandistribution,thepressureofthedistributorshowthecharacteroflesseningfirstandthenincreasing.Keywords:numericalsimulation,CFD,VenturiDistributor,internals4前言在加氢反应器中，分配塔盘作为一种重要的内构件被广泛应用，以此来均布反应介质，改善反应介质的流动状况，实现与催化剂的良好接触。

5、目前加氢反应器装置中大多采用传统UnionOil分配器，它利用气体对液体强烈的抽吸作用来实现气液分配。曾祥根[1]等人通过对UnionOil分配器进行CFD模拟和冷模实验发现，该分配器抽吸作用明显，有良好的宏观分配均匀性，但在分配器正下方存在一股任何工况下都不易分散的中心流，即存在较显著的“中心汇流”现象。为了改善抽吸型分配器的分配性能，避免“中心汇流”现象的发生，有必要对分配器进行更深入地研究，以便指导新型分配器的开发。本文根据文丘里管的特性，结合UnionOil分配器分配机理，设计了文丘里气液分配器联系

6、人：程振民，E-mail：zmcheng@ecust.edu.cn作者简介：程锦承(1983-)，男，安徽安庆人，华东理工大学硕士生基金项目：中国石化股份有限公司应用研究项目(105033),教育部新世纪优秀人才支持计划项目(NCET-04-0412)。在FLUENT的基础上，以空气和水作为模拟介质，采用SIMPLE算法对分配器进行数值模拟。1气液两相流理论分配器中的流体流动是气液两相流动，目前研究和应用中涉及到的气液两相流大多数是管内流动，Weisman等人[2-4]通过大量的实验，得到了气液两相流在不同

7、类型管中的基本流型分布。在垂直下降管中，气液两相流的基本流型可以划分为波状流、气泡流、脉动流、环状流和分散流，不同的流型有不同的形成条件。例如：形成分散流需要满足的条件：(1)2CFD计算方法2.1流体力学模型针对分配器内气液两相流的复杂性，结合CFD的计算特点，为简化计算，特作如下假设：（1）分配器中的气液两相流动4为常温、不可压缩的湍流流动；（2）不考虑两相间的质量传递；（3）气液接触长度为一常数；（4）两相间压力相同。2.2分配器模型分配器由下降管、泡帽，喉管段和分布段四部分组成，喉管入口锥角为13º

8、，出口锥角为26º。正常工作时，液相首先在分配塔盘上建立液面，然后从泡帽上溢流孔进入分配器，气体由分配器顶端进入，沿下降管向下加速流动，由于下降管是逐渐收缩的结构，气相速度相应增加形成高速气流。气液两相在喉管段发生剧烈混合，形成分散流，液体在高速气体吹散下，不仅沿径向加速，而且还向轴向扩散。由于分布段是上小下大的锥形结构，面积逐渐扩大，所以气液混合流呈锥状向下喷洒，从而实现气液分配。图1分配器的网格划分Fig.1