探究焦炉煤气脱硫吸收塔内两相流场计算流体力学数值模拟

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1、天津大学硕士学位论文焦炉煤气脱硫吸收塔内两相流场计算流体力学数值模拟姓名：刘睿申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：卫宏远20080601中文摘要在水利、热能等工业工程学科中，多相流是一种非常重要的流动现象，在反应、吸收等化工单元操作中也常常出现，占有重要的地位。对于一些简单的流动情况，可通过目前的经验或半经验关联式进行预测。但对于大多数化工过程，这些关系式并不能呈现出整体流动效果。本文以商业化软件FLUENT作为计算平台，将计算流体力学(CFD)与两相流流动结合起来预测复杂吸收塔内的两相流动情况。首先，利用CFD

2、技术对全塔内的单相流体流动及两相流动情况进行模拟。计算是在三维体系中展开，在满足收敛以及质量守恒条件后，得到了稳态条件下的全塔单相流场，并引入欧拉多相模型和多孔介质模型，对单相流含填料流场和两相流场进行了计算，根据计算结果对吸收塔的上升管、进气管等结构进行优化改进。根据前面提出的改进建议对吸收塔模型进行优化，并将全塔割分为上下两段，分别重新建立计算模型。并在全塔结果的基础上，对半塔中的单相流无填料状态进行了四种网格尺寸下的计算。为平衡计算效率和计算精度，根据湍流强度、湍流耗散率等流场参数，确定了全塔的网格尺寸，进一步在

3、该网格下计算得到单相流场(无填料状态和含填料状态)及两相流流场。计算结果表明，对全塔的割分可以消除两段塔在迭代未收敛时的互相干扰，并且在工作站计算能力有限的条件下有效提高计算效率。在此基础上，考察了上段塔中气速对塔内流动情况的影响，结果表明，当塔内气速高于液泛点时，气液两相速度差加剧，湍流过于强烈，不利于两相间混合和传质。由于本文中计算对象尚无实验数据可供对照，因此，本文在最后部分对之前所确定的网格进行了独立性验证，比较了下段塔的两种网格数目(26．8万和半塔25．9万)下的单相流场和两相流场。由两次的预测结果比较可知

4、，之前所确定的网格具有很好的独立性，已达到求解多相流所需的精度，无需进行加密处理。关键字：计算流体力学多相流模型脱硫吸收塔欧拉模型ABSTRACTInhydraulicengineering，the衄aleneI‘gy，andotherengineeringdisciplines，multiphaseflowisave拶importantphenomenon．Sodoesinsomeunitoperationsofchemicalengineering，suchasreaction，absorptionandsofor

5、th．Somesimplenowconditionscanbepredictedbycurrentempiricalorsemi-empiricalreleVantfomulations，butmostchemicalprocesSescannotbe，sincethesefo咖ulationscannotshowtheoverallflowage．Thispaperusedacommercialco(1eFLUENTtocombinetheComputationalFluidDynamics(CFD)andthetw

6、o-phaseflow，inordertopredictthecomplexnowageconditionoftwo-phaseflowinabsorptiontower．First，the3．Dgeometricmodelofthedesulfurizingtowerconstructedasanentiremodelt0simulatesingle-phaseandtwo-phaSenow．BasedontheconVergentresultofsingle．phaseflowwithoutpacking，Eule

7、rmulti—phasemodelandporousmediummodelwereaddedtosimulatesingle-phaseflowwithpackingbedand觚。一phasefloW．AccordingtosomeproblemsshowedbytheflowconditionsaboVe，thesn-uctureoftheriserintheupperlayerandthegas-inletinthe10werlayerweTerefonnedandimproVed·Consideringther

8、ecommendationsaboutoptimizinginfomlerchapter’thispaperdjvidedtheentiretowerintotwosections，namelytheuppertowerandthelowerone，tore．establishmodel，andcalculatedthesingl