径向流空气纯化器内流场模拟与气流均布影响因素分析

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1、径向流空气纯化器内流场模拟与气流均布影响因素分析SimulationandAnalysisofGasFlowDistributioninRadialFlowAirAdsorber学科专业：工业催化研究生：张俊指导教师：唐忠利副教授天津大学化工学院二零一四年五月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在

2、论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日我是爱天大的！！学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据摘要随着空分装置的大型化，径向流空气体纯化器的规模不断增大，流速成倍增加，其轴向不均匀性也

3、更加凸显。本文以某工厂八万吨径向空气纯化器为原型，通过CFD数值模拟的方法，分别采用二维轴对称模型并用多孔介质和多孔跳跃模型对床层和多孔板进行简化，对现有大型纯化器中流体在两床层中的轴向均匀度进行了分析，研究了内外流道横截比，床层空隙率，中心管开孔率，脱附气量，导气椎等因素在纯化器吸附过程和脱附过程中对气流均匀度的影响。研究发现纯化器在吸附过程中，在原操作条件下运行时，由于集流道上部压降过大，造成两床层上部流速过快，两床层内气流均匀度较差。其均匀度随内外流道横截比增大呈先上升后下降的趋势，在内外流道横截比为0.887时，分子筛和氧化铝床

4、层气流几乎都达到最均匀，两者均匀度分别为0.914和0.934。此外，降低中心管开孔率也可以提高气流均匀度，其不足之处在于由于流速很快，中心管开孔率降到很小时会导致穿孔压降很大。再者，分子筛床层的空隙率下降也能够很好地增加两床层的气流均匀性，但氧化铝空隙率下降对自身流场均匀性影响甚微，对分子筛床层均匀度的有一定增加。在脱附过程中，同样由于集流道压降大于分流道，床层内气流出现不均匀性。分子筛和氧化铝床层气流均匀性都随着内外流道横截比的降低先增大后下降，均匀度在内外流道横截比为0.46和0.41左右分别达到最大值0.99和0.985。脱附过

5、程与吸附过程不同，降低任意床层空隙率，都会同时提高两床层气流均匀度。此外，脱附气量增加，床层气流均匀度下降很明显。在纯化器中心流道加入导气椎会导致吸附过程床层气流均匀度稍有下降，但是可以使床层流场均匀度在脱附过程中有较大上升。本文提出最优的提高气流均匀度的方案如下：同时降低分子筛和氧化铝床层空隙率到0.33和0.35，并加入椎体，此时脱附和吸附过程在合理的床层压降增加的情况下，两床层达到很均匀的程度。关键词：空气纯化器结构优化径向流流场均布CFD模拟多孔介质模型万方数据ABSTRACTWiththedevelopmentofairsep

6、arationrequirement,thescaleofradialflowfiltersalsobecomesbiggerandgasflowratemultiplies.Axialnon-uniformitybecomesamoreacuteproblem.Gasflowdistributioninthefilterisinvestigatedbycomputationalfluiddynamics(CFD).Annularpackedbedsandperforatedplatesaresimplifiedandmodeledby

7、porousmediamodelandporousjumpmodel,respectively.ThesimulationresultofCFDmodelisvalidatedwithpublishedexperimentalresults.Theaxialuniformityoftheflowdistributionintheoperatingconditionisanalyzed.Itisfoundthattheaxialuniformityoftheflowdistributionisaffectedbymanyfactors,i

8、ncludingthearearatioofthecenterpipecross-sectionaltotheannularchannel,theporosityofboththecenterpipeand