探析刮膜分子蒸馏过程流体流动的模拟与验证

《探析刮膜分子蒸馏过程流体流动的模拟与验证》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、天津大学硕士学位论文刮膜分子蒸馏过程流体流动的模拟与验证姓名：王燕飞申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：许松林20070101中文摘要分子蒸馏技术的应用研究始于上世纪初期，随着该项技术的广泛应用与发展，人们对该技术的理论研究也越来越深入。刮膜式分子蒸馏器是一种高效的分子蒸馏设备，由于刮膜器的作用，流体的流动过程比较复杂。研究刮膜器对分子蒸馏器内液体的流动、传热和传质过程的影响，描述流体速度、温度和浓度的分布规律可以为设备设计和操作优化提供科学依据，对预测分子蒸馏速率和分离效率也非常重要。在刮膜式分子蒸馏器中，刮膜器

2、的刮动使液相在蒸发器壁面上均匀分布并形成液膜，刮膜器刮起的液相同时在刮膜转子前形成头波。本文利用计算流体力学软件Fluent6．2对刮膜分子蒸馏过程的流体流动、传质、传热进行了较为完整的模拟、分析。首次建立完整的3．D模型，在旋转坐标系下进行模拟计算，选用了RaNGb￡湍流模型，采用增强壁面函数法加强对近壁面流体流动的处理，由于模型使用的限制，所以使用VOF多相流模型和欧拉多相流模型分别对停留时问分布、流体流动和传热进行了模拟。．同时自行设计了分子蒸馏冷模实验装置，进行了不同物料的停留时间测量以及停留时间分布曲线测量。论

3、文将实验结果与已有的相关文献结论相结合，对数值模拟计算的结论进行了验证讨论。模拟结果与停留时间分布实验测试结果比较吻合，可以得出如下结论：刮膜器对液膜的周期性刮动使液膜在蒸发壁面分布均匀，可以强化液膜内的传质和传热过程，有利于提高分离效率。模拟结果展示了流体在蒸发器壁面的速度、温度、浓度和液相的分布规律，并与实验结论和相关文献中的结果进行比较，发现具有较好的一致性。同时，对刮膜转子附近的流体流场的模拟结果进行分析发现：在转子附近的流体速度、浓度和温度的波动相对较大，显示了刮膜器在刮膜式分子蒸馏器分离过程起到的特殊作用。模

4、拟结果还给出了在不同进料速度和不同刮膜器转速下，气液界面的波形变化、液相内轴向与径向的速度分布和温度变化等情况，对提高分离效率、优化设备、优化操作具有重要的理论意义。关键词：刮膜式分子蒸馏，计算流体力学，多相流，停留时间分布ABSTRACTApplicationofmoleculardistillationcanbetracedbacktoearlierlastcentury．Withthedevelopmentofapplicationonmoleculardistillationcarriedoutmoreandmo

5、redeeplyandwidely，theoreticalresearchonmoleculardistillationhasalsobeencarriedoutlargely．Wiped—filmmolecularevaporatorisakindofhighefficientandwidelyusedmoleculardistillationequipmentwithcomplexityoffluidflowandheattransferresultingfrommechanicalmotionofwipers．It

6、isimportanttopredicttheseparationefficiencyandoptimizetheequipmentdesignandoperationbystudyingthemassandheattransferanddevelopingacomprehensivemathematicmodelforwiped-filmmoleculardistillationprocess．Themovementofrotationwipersformsbothfallingliquidfilmontheevapo

7、ratorwallandbowwaveinfrontofthewipers．Liquidfluidflowandheattransferinliquidfilmandbowwaveinawipedfilmmoleculardistillatorywasindirectlystudiedbyusingakindofcomputationalfluiddynamics(CFD)software，Fluent6．2．Threeassumptionswereintroducedinordertosimplifymodelingp

8、rocesses．Inrotatingcoordinatesystem，thevolumeoffluid(VOF)multiphasemodelandtheEurianmodelwereappliedtOsimulatedifferentpartsofthesdudyforthelimitationofeachmod