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时间:2018-08-08
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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
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