鼓泡塔内部流场分布特性的实验研究.pdf

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1、第42卷第5期化工机械68l鼓泡塔内部流场分布特性的实验研究+曹乔乔”郝惠娣王瑾(西北大学化工学院)摘要利用CFD技术对鼓泡塔内流场进行模拟，考察了通气速度为0．02、0．05、0．08、0．1lm／s时鼓泡塔内流场的特性，并对计算结果进行分析。研究发现：分布器对不同气速的流体分布作用范围相差不是很大，但分布器对高速流体的阻力明显比低速流体的大，对于消除或减弱中心趋势效果较好。气体在上升过程中气舍率逐渐向四周扩散，当经过分布器后气体分布整体相对均匀，故分布器的分布作用比较显著。关键词鼓泡塔CFD模拟计算流体力学表现气速中图分类号TQ05

2、2．5文献标识码A文章编号0254-6094(2015)05-068l旬4鼓泡塔在工业领域应用广泛，如加氢、费托合成、污水处理及煤液化等“。迄今为止，大量学者对鼓泡塔的流体特性进行了模拟研究‘“”。近年来，随着计算流体力学技术和软件的迅速发展，鼓泡塔内的流场等详细信息可以通过CFD模拟的方法获取‘9’⋯o。笔者利用AnsysCFD软件对鼓泡塔内的气、液两相进行混合性能的数值模拟，考察了通气速度为0．02、0．05、0．08、0．11m／s时鼓泡塔内流场的特性，并对其计算结果进行了分析。1几何模型及网格划分笔者研究采用带有分布器的鼓泡塔(

3、图1)，塔外径为300mm，内径为295mm，高为1000mm，分布器位于塔的中部，有37个小圆孔，孔径为20mm，分布器模型如图2所示。图1鼓泡塔结构模型图2分甫器摸至网格划分_11”采用有限体积法，为结构化四面体网格，最小尺寸为0．2ram，最大面尺寸为10mm，最大体尺寸为20mm。网格总节点数为141716个，网格单元数为776446个，壁面Infla—tion网格细化，边界层定义为5层。2初始条件和边界条件初始时，流体区域全是水，故设置水的体积分数为1，空气的体积分数为0，液体湍动形式选择MediumIntensityandE

4、ddyViscosityRatio。液体的壁面设置成无滑移的固体壁面边界，气体设置为自由滑移固体壁面边界，质量和动量选择FluidDependent。边界的条件参数，气体入VI为速度人$西北大学研究生创新人才培养基金项目(YZZl2040)，陕西省教育厅科研项目(1lJKl0-21)：+t曹乔乔，女，1990年5月生，硕士研究生。陕西省西安市，710069。一682化工机械2015矩口，气相体积分数为l。3模拟结果及讨论3．1鼓泡塔内气速的计算结果由图3可知：入口附近鼓泡塔的底端两个角处的液体几乎是不运动的，运动区域呈现U型，为了避免容

5、器内部出现死角，建议在下端设计选型时选用U型或V型二容器中心部分像V字一样带动液体，随着气体速度u，的增加，中心部位的V型也就越明显，距离中心处越远速度越小，对壁面附近流体的运动而言，速度大不易带动容器壁面附近流体的流动；对于容器中心而言，速度大时的带动作用比速度小时的强；对于整个塔器而言，速度大时的带动作用比较显著；分布器对不同气速的流体分布作用范围相差不是很大，但是分布器对高速流体的阻力明显比低速流体的大，特别是在中心部位。分布器对于高速流体的分布效果比较好，速度在容器内部分布比较均匀，对于消除或减弱中心趋势效果比较好：图3不同通气

6、速度下气体的速度分布云图3．2鼓泡塔内径向气含率的计算结果图4为U，=0．05m／s时不同高度下气含率的分布图。、由图4a、b可以看出，中心处气含率最高，从中心到壁面气含率逐渐降低；随着高度h的增加，整体气含率逐渐降低，但是气体的分布范围越来越广；图4c为h=0．53m(即分布器)处气含率的分布情况，此时气体分布量较大，中心处气体分布较多，距离壁面处气体分布较少；由图4d可知h=0．60m(分布器上方)时，气含率迅速降低，但整体分布均匀，分布器的分布作用显著；对比图4d、e可知，随着高度h的增大，气体又有向中心处汇聚的趋势；由图4f可以

7、看出，气体在壁面处的分布比较理想，由于出口比较小，当气体与上端壁面相撞后，气体改变方向向四周扩散。羽习啊图4不同高度气含率的分布第42卷第5期化工机械6833．3速度矢量图的结果分析U。=0．05m／s时，气、液表观速度计算结果如图5、6所示，由图5、6町知，在分布器出口处，气体和液体有返混现象，相比之下，气体的返混现象比较弱，如图5所示，在壁面附近处才出现气体少量逆流现象，并且速度也特别小；如图6所示，液体在分布器和出口处返混特别严重，从中心沿着直径方向液体的表观速度逐渐降低，呈开【J向下的抛物线状．直至减小到0，然后又反向逐渐增加，

8、每醺赫鬻‘’。’h恿：4攀粥，÷jilnm㈣图573}Oe瑚'i獬e-ool3．679棚12：a,s3e舶1i≯窖1．挖6e-0010．000e+00C图6整缘故、面：受体。畏i也速度矢4结论4．1当气体通