试析旋转带蒸馏塔流场的cfd模拟

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1、天津大学硕士学位论文旋转带蒸馏塔流场的CFD模拟姓名：鲁文华申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：许松林20070101中文摘要旋转带蒸馏是一种能在高真空和高理论塔板数的条件下分离液体状态下沸点很近或具有热敏性的混合物的技术。高速旋转的旋转带对塔内上升的蒸汽和下降的冷凝液不断作用，使两相之间紧密接触，从而获得极佳的分馏效果。这项技术的应用研究可以追溯到上世纪中期。伴随着高真空技术的进步，人们对旋转带蒸馏技术的应用越来越广泛。然而，目前人们对旋转带蒸馏的理论研究很少，还没有见过文献报道。利用计算机对旋转带蒸馏过程进行流体力学(CFD)数值模拟，是一种较

2、新的理论研究方法。课题主要利用计算流体力学软件FLUENT6．2对旋转带蒸馏塔的流体力学性能进行模拟，并通过对旋转带蒸馏模拟装置的停留时间分布实验研究，从实验方面，对流体力学模拟结果进行评判。课题对旋转带蒸馏中气液两相流体的研究，主要集中在塔横截面上流体的分布、壁面上液膜流动状态和气液两相速度场分布。’课题基于三个主要假设，将计算流域三维模型进行适当简化，在恒温恒压条件下，对旋转带蒸馏中流场进行了纯流体力学模拟。在旋转坐标系下进行模拟计算，选用了Realizablek一￡湍流模型，利用VOF多相流模型考察壁面上液膜的流动状态，采用增强壁面函数法加强对近壁

3、面流动的处理。分别改变旋转带转速、进料速度和气相流速，模拟得出壁面上液膜的流动状态。模拟结果表明，提高旋转带转速和增加进料速度，可以增加壁面上液膜的连续性和均匀性，从而使气液两相的接触面积增大。在旋转带转动的情况下，气相流速对壁面上液膜流动状态的影响不大。对旋转带蒸馏液相单相流浓度场进行了CFD模拟，考察了旋转带转速、进料速度两方面对平均停留时间的影响。模拟结果与实验结果趋势一致，验证了模拟结果的有效性。利用欧拉模型考察不同转速下的气液两相的速度场情况。模拟结果表明，在旋转带高转速下(转速>1000rpm)，气液两相之间出现了界面分离现象。而且随着转速的

4、增加，气液分离的界面还在扩大。通过对旋转带结构进行适当改进：在旋转带上开孔，以改善气液界面分离的现象。比较了开孔位置和孔径大小对改善气液界面分离的影响。模拟结果对优化旋转带结构设计具有一定指导意义。关键词：旋转带蒸馏，计算流体力学模拟，停留时间分布，液膜ABSTRACTApplicationofspinningbandcolumn(SBC)canbetracedbacktoearlierlastcenturytoefficientlyseparateunusualmixtureunderhighvacuulnandliquidstate．SBCisasp

5、ecifictypeofdistillationapparatus，whichspinsabandthroughoutamajorportionofthelengthofthecolumn，inordertoachievebettermixingandcontactofthefallingliquidandtherisinggas．Withthedevelopmentofhighvacuumtechnique，applicationandresearchonspinningbandcolumnarecarriedoutmoreandmoredeeplya

6、ndwidely．However,theoreticalresearchonSBCisverylittle．Computationalfluiddynamics(CFD)simulationbelongstoaninnovativemethodofstudyingspinningbanddistillationprocess．CFDsimulations、析tllsoRwareFluent6．2weremainlyaccomplishedtostudyflowfieldofSBC，andanexperimentofresidencetimedistrib

7、utioninSBCWasalsocompletedtoobservedistributionofliquidphaseandobtainqualitativeconclusions．Accordingtotheseconclusionsandphenomenon，simulatingresultswereevaluatedandverified．What’smoreinthispaper,studyongas／liquidflowwasconcentratedontheliquiddistributioninthecross—section，flows

8、tateofthefilmandgas／liquidvelocityfield．