试析新型固阀塔板流体力学性能研究及流场模拟

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1、天津大学硕士学位论文新型固阀塔板流体力学性能研究及流场模拟姓名：张立宁申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：孙津生20090501摘要板式塔是重要的化工气液传质设备，近些年来，不断有新的板型出现，而固定阀塔板就是其中很重要的一类，它整合了浮阀塔板和筛孔塔板的优点，克服了它们的部分缺点，有着很好的发展前景，本文正是在此背景下针对目前开发塔设备新类型的实际需要，从实验和CFD模拟两个方面对一种新型固阀塔板进行了研究。实验部分，本文在一个直径600mm的有机玻璃塔内用空气一水系统测定了这种新型固阀塔板的四种流体力学性能指标——塔板压降、雾沫夹带、漏液和清液层高度，研究了它们随阀孔

2、动能因子、溢流堰高和液流强度变化的规律，并根据实验数据回归得到压降、雾沫夹带、漏液和清液层高度的关联式以指导工业应用。此外，本文还通过对比实验考察了固阀间距和塔板上固阀的排布方向对塔板四种流体力学性能指标的影响，为这种塔板结构的继续优化提供了方向。模拟部分，本文在国内外已有研究的基础上，以双欧拉两相流模型和混合相k．e湍流封闭模型为基础，建立了适用于本固阀塔板的三维气液两相流场模拟的CFD模型，模型中动量源项采用Krishna等提出的计算方法，其中的平均体积相含率是通过本文的实验数据关联而得到的。为了证明所建模型的适用性，本文模拟计算了直径600mm塔板上气液两相流场，采用的塔

3、板结构尺寸和操作条件与实验时完全相同，模拟得到的不同操作条件下板上清液层高度与实验测定值吻合较好，间接证明所建模型能够比较准确的模拟固阀塔板上气液两相流场，而且不受操作条件的限制。以此模型为基础，本文通过模拟计算考察了不同固阀排布方向对塔板弓形区内流场的影响。关键词：固定阀、流体力学、CFD模拟、流场ABSTRACTTraycolumnisatypeofimportantgas-liquidcontactequipmentinchemicalindustry．Recently,noveltraysappearfrequently．Asoneofthemajordevelopme

4、ntdirections，thefixed．valvetraywhichcombinesthemeritsofsievetrayandfloat-valvetrayandovercomessomeoftheirshortcomingsdrewwideattention．Inthispaper,anovelfixedvalvetraywasstudiedbylabexperimentsandCFDsimuiation．Intheexperiments，thehydrodynamicperformancesoftheseplateswereinvestigatedbyusingai

5、r-waersysteminaplexiglasscolumnwithdiameterof600mm．Correlationsofplatepressure—drop，entrainment，weepingandclearliquidheightwithweirheight，liquidstrengthandkineticenergyfactorbasedonvalveholeswereobtained．Theycouldbeusedconvenientlyinindustrialapplications．Inaddition，Theeffectonhydrodynamicpe

6、rformancesofdifferentfixed-valvetransversespaceanddirectionswereexperimentallystudiedtogiveaproposalofoptimizingthestructureoftray．Simultaneously,acomputationalfluiddynamics(CFD)modelwasdevelopedtopredictthehydraulicsofthenovelfixed-valvetray,thegasandliquidphaseweresimulatedintheEulerianfra

7、meworkastwointerpenetratingphasesandamixtureturbulencemodelbasedonthek一占equationswasadoptedforthetwOphases．InteractionbetweenthetwophasesoccurredviainterphasemomentumsourcewascalculatedusingthecorrelationsproposedbyKrishnaeta1．Inordertoprovideaclos