探析弓形降液管内流场研究和数值模拟

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1、浙江工业大学硕士学位论文弓形降液管内流场研究和数值模拟姓名：潘忠滨申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：姚克俭20060501弓形降液管内流场研究和数值模拟摘要降液管作为板式塔的重要组成部分，其流体力学性能对塔板性能有着不可忽略的影响，而弓形降液管在工业上有着最广泛的应用，因此对弓形降液管的流场进行研究有着重要意义。本文在直径为1200ram、板间距为600ram的有机玻璃塔内，以空气一水为实验物系，对堰长为800ram的弓形降液管内的流体力学性能进行研究。用计算流体力学(CFD)软件，对降液管内的流场及气含率分布等进行了数值模拟，并将模拟结果与实验结

2、果进行对比。实验过程中控制气液工况，使降液管底部产生明显的清液。采用热膜风速仪对不同工况下的降液管内流体的时均速度进行测量，得到了降液管内流场分布情况。实验结果表明，与堰长平行的截面上，中间位置的速度比两侧位置的速度小18．9％～35．7％，而且截面中间位置的速度方向垂直向下，两侧位置的速度方向斜向下指向两侧；与堰长垂直的截面上，沿从上往下的高度方向，靠近塔壁处的液流速度逐渐减小，而靠近堰壁处液流速度逐渐增大。近塔壁处到近堰壁处的液流速度逐渐增大，速度矢量方向与垂直方向的夹角也逐渐增大；降液管底部拐角处存在缓流区，且在液速较大的情况下，缓流区面积变小。采用

3、计算流体力学软件Fluent6．1及其前处理器Gambit2．0，选用标准k一占湍流模型及SIMPLEC算法，模拟了液体流过降液管底部的流场分布，将模拟结果与实验结果进行比较，两者吻合得较好。采用欧拉两相流模型，对与降液管堰长垂直的截面进行了空气一水两相模拟，考察了该截面上的气含率分布与两相的速度分布。结果表明，降液管底部气含率低，且增长较为缓慢，中部的气含率增长显著，上部的气含率较高。而且近堰壁处的平均气含率比近塔壁处低了4．4％；液相对气相有很强的夹带作用，同时气相的浮力对于液相流动也有一定的阻碍作用。将模拟结果与文献进行对照，两者吻合较好。证明本文提

4、出的模型对于降液管内流体流动状况的模拟是合适的。关键词：弓形降液管，热膜风速仪，液体流速分布，气含率，CFDFLOWFIELDSTUDIESA卜TDCFDSn仉II．ATl0NOFSEGA征：NTAIDOWNCOⅣ匝RABSTRACTSegmentaldowncomeristhetypemostcommonlyusedindistillationcolumns．Therefore，itisverysignificanttostudythehydrodynamicperformanceofthesegmentaldowncomer．Thehydrodynam

5、icsofsegmentaldowncomerwereexperimentallystudiedwithallMr-watersysteminam1200mmPlexiglascolumnwimplatespacingof600mm．TheflowratesofairandwaterwerecontrolledtomaketheclearliquidexistattheboRomofthedowncomerintheexperiment．Theaverageliquidvelocityinthedowncomerwasmeasuredbyconstantt

6、emperaturehot—filmanemometer(CTA)．Theexperimentalresultsshowedthatthevelocityinthecenterinthesectionthatisparalleltotheweirwassmallerby18．9％～35．7％thanthatonthebothsides．Andthedirectionofthevelocityatthecenterinthesectionwasverticaldownward，whereas，thedirectionofthevelocityonbothsi

7、deswasinclineddownwardtobothsidesofthedowncomer．Inthesectionverticaltotheweir,thevelocityatthetowerwalldecreasedgraduallyfxomtoptobosominthesection，whereas，thevelocityattheweirincreasedgradually．Moreoverthevelocityatweirwasgreaterthanthatatthetowerwall，andtheanglebetweenthevelocit

8、yandverticaldirectionwasthesamete