LYHC—I型入口扩散器数值模拟

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1、菪诸石油化工设计PetrochemicalDesignLYHC—I型入口扩散器数值模拟裘峰(中国石化洛阳石化工程公司，河南洛阳471003)摘要：将CFX数值模拟软件应用于LYHC—I型入口扩散器气一液两相流数值模拟。几何建模采用SolidWorks、ICEMCFD协同进行，两相流物理模型采用SST模型，计算得到了该结构内非稳态的三维流场、液相分布等特征参数的分布特性，研究结果可为该结构的进一步改进和优化设计提供参考依据。关键词：入口扩散器数值模拟CFX各种工业过程中，流动是最常见、最重要的运仅将过滤盘及其下方的顶分盘以

2、多孔介质形式代动形式之一，伴随着流动现象发生的一系列物理替，其总体及详细结构形式如图1所示。为防止现象，如传热、辐射、化学反应、燃烧、相变等构成出、入口效应对数值模拟的影响，分别在模拟域的了复杂多样的工业过程。CFD(ComputationalFlu—人口和出口位置进行了适当的延长，整个模拟域idDynamics)技术将时间、空间域上连续的物理量由3．8×10个网格组成。的场(如速度场、浓度场、压力场等)，用一系列离散点上的变量集合来代替，建立大规模非线形方程组，并通过数值计算和图像显示，对流体流动、传质、传热等相关现象

3、进行系统分析。作为全世界领先的CFD大型软件仿真计算软fI件包，AnsysCFX以其先进的数学模型和求解方法、强大的计算仿真能力而被业界所认同，并被广图1LYHC—I型人口扩散器总体及详细几何模型泛应用各大工业领域。然而，由于石化工艺、设备1．2数学模型：SST湍流封闭模型几何造型的复杂性和多样性，不同部件的尺度差本文工作采用Menter等心提出的适用于多相异极大，使得CFX模拟仿真难度激增；操作难度流体系的SST模型来进行湍流封闭。该模型有机高、工作量巨大、周期较长，已成为妨碍该软件广地将传统的一模型和k—to模型结合

4、在一起：泛应用于石化工程设计的瓶颈。即在流动的主体采用k一模型，而在近壁区采用本文以LYHC—I型人口扩散器为模拟对象，k一模型来计算。其模型方程为：以“SolidWorks模型构建、ICEMCFD网格划分、o(af)／+V(az)=(+／o")Vk]+．fCFX三维模拟”为技术路线，力图摸索出一套能够G一卢(1)适应工程设计进度和要求的CFD仿真模拟方法。o(pf)／c)t+v(pfMzto)=(．+，．f／)]+(1一F1)2plVkVto／o"+Ol3tog．{／k—3Pf∞1数学物理模型(2)1．1几何模型为更加

5、真实、有效地模拟工业实际，本文前期收稿13期：2012一O1—11。工作采用SolidWorks、ICEMCFD协同作业的方作者简介：裘峰，女，1988年毕业于华东理工大学有机化工专业，工学学士，高级工程师，从事石油化工加氢法来构建和划分LYHC—I型入口扩散器的物理工艺的设计工作。联系电话：0379—64885560；E—模型和网格。整个模型结构未作任何简化处理，mail：qiufeng．1pec@sinopec．tom第29卷裘峰．LYHC—I型入口扩散器数值模拟·39·其中，动能产生项G可由下式得到：一定厚度的液层

6、；由于气相的卷吸夹带作用，使得G=min{r．2[Mz+(f)]：f，l少部分油相沿着锥台的外斜面逆向上在腔体内形pzkoJ}(3)成局部螺旋涡流，并最终在气相夹带下由锥台竖混合函数定义如下：直宽缝流人锥体内部(如图2(b)、(c)所示)。鉴F1=tanh{{min[max(k／(／3)，500tzL．zI(pfy2oj)，于锥台的强约束，其内部的油、气两相只能向下流4p／(CDY)]))(4)动，并相继被两层伞帽进行再分布，从而使油、气CD=max[f()，1．0x10I1。](5)两相分布相对较为均匀。上式中，Y为计

7、算单元距最近的壁面距离。1．3边界条件和初始条件根据工艺条件，反应器人口的边界条件设定为已知的体积流率；出口定义为充分发展边界条土，煦件，即各特征参量的梯度为零。在壁面处，对气相(a)油相体积分翠(b)油相体积分翠局邵放大视图和液相均设置为无滑移条件，也即壁面是不光滑(c)油相速度矢量分布的，在壁面处有Ⅱf=0。图2轴截面上油相的体积分率和速度分布图初始计算(t=0)时，人口处的流动速度为零，同时，由图2(e)还可观察到，由于油气两相体积分率为入口处的值，压力为工作压力。由入口管线进入扩散器腔体时空间的的突然扩增1．4数

8、值方法和内部锥台面的横向导流作用，在扩散器锥台与上述模型控制方程组为一组强耦合性的非线圆筒组成的腔体内，油、气两相流场呈现明显的漩性方程组，在数值求解时，需将此非线性方程组离涡流动结构。在腔体的上半部，少量油相还被气散化。本文工作采用基于有限元的有限体积法，相夹带着沿着筒壁向上形成次级涡流，并在筒壁利用CFX多网格耦