基于f1型浮阀塔板两相流场的cfd模拟

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1、天津大学硕士学位论文F1型浮阀塔板两相流场的CFD模拟姓名：王健申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：徐世民20070601中文摘要精馏塔在现代化工生产中占有重要的地位，其主要形式有板式塔与填料塔两种。近些年来，板式塔的研究取得了很大的进展，其中一个重要方面就是应用计算流体力学(ComputationalFluidDynamics，简称CFD)对塔板上流体流动状况进行数值模拟。目前CFD模拟主要集中在筛孔板塔上，而应用十分广泛的Fl型浮阀塔板流场的CFD模拟研究却鲜有报道。本文应用CFD，对F1型浮阀塔板全开状态下的两相流场进行了模拟研究。在国内外已有的研究基础上，本文建立了瞬时三维

2、500X500ram全开状态的Fl型浮阀塔板两相流模型。模型以Euler两相流模型为基础，采用标准k一占湍流模型描述气液两相的湍流流动。模型中，气液两相的相问作用力主要考虑了相间曳力，其中曳力系数采用Schiller等提出的方法进行计算。模型采用有限体积法进行数值求解，压力速度耦合采用相间耦合SIMPLE算法求解，时间项采用隐式方法求解，对流项采用一阶迎风方法求解。为了对模型结果进行检验，本文采用空气．水物系测量了500X500mmFl浮阀塔板在浮阀全开状态下的清液层高度。并且研究了清液层高度随空塔气速、堰高和液流强度变化的规律，发现清液层高度随空塔气速增加而减小，随液流强度和堰高增加而

3、增加。通过和实验数据对比发现，模型结果和实验结果吻合较好，证明本文所建立的CFD模型能够较为准确的描述全开的F1浮阀塔板上气液两相流的瞬时流场。通过模拟结果的进一步分析，发现在液体出口处存在垂直涡流，低于堰高位置上还有两个水平涡流，气体在液体出口处同样存在垂直涡流；液体流速沿液流方向经历了先增大后减小再增大再减小的波动情况，而且在塔板浮阀区液相被气相大量吹散，液相含率很低。本文为F1型浮阀塔板两相流场的数值模拟提供了有效的方法，模拟结果证明CFD方法可应用对浮阀塔进行模拟计算及指导设计，也为进一步的研究打下了良好的基础。关键词：F1型浮阀计算流体力学两相流三维模拟ABSTRACTIndi

4、stillationprocess，distillationtraysareestablished舔gaSandliquidcontactingdevices．AnimpaSsethathashinderedthefurtherimprovementofthesedevicesisthefactthatlialeisknownabouttheflowphenomenaprevailinginsideatrayforgivengeometryandoperatingconditions．Computationalfluiddynamics(CFD)iswidelyappliedtostud

5、yhydrodynamicsofsievetray。ButforF1valvetray，whichisusedwidelyinpractice，thereisn’tanyCFDsimulationreported．Inthispaper，atransitionCFDmodelwasdevelopedtopredictthehydraulicsofa如11openvalvetray．Themodelconsideredthethree-dimensionaltwo-phaseflowofgaSandliquidintheEulerianfl'amework，inwhicheachphase

6、wastreated舔aninterpenetratingcontinuumwithseparatetransportequations．TheempiricalcorrelationofSchilleretaI．wasappliedtocalculatethedragforce,theinterphaSemomentumtransfertermbetweentwophases，andprovideaclosurerelationtothemodel．Presentstudy，thestandardk-zturbulencemodelWaSusedtosimulatetwophaSest

7、urbulenceflow．Inthemodel，usingfmitevolumemethodWaSusedfornumericalsolution，thepressure-velocitycouplingphasecouplingSIMPLEalgorithmWaSadopted，timeitemswerecalculatedusingimplicitmethodandconvectionwassolvedbyallorderup