TEG脱水塔内气体分布器流场FLUENT数值模拟.pdf

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1、18一■论文广场石20油12和年化第工设备一15卷TEG脱水塔内气体分布器流场FLUENT数值模拟杜明，张敏华，李海燕，王亚莹，丁春雨‘(1．海洋石油工程股份有限公司，天津300451)(2．天津大学石油化工技术开发中心，天津30oO72)(3．中海油能源发展股份有限公司管道工程分公司，天津300452)[摘要]本文使用FLUENT对双列叶片式气体分布器内流场进行模拟计算，计算结果与实际情况基本相符，说明运用该方法对分布器的设计以及工业放大研究有较好的指导意义。[关键词]双列叶片式气体分布器；计算流体动力学

2、；三甘醇接触塔；FLUENT天然气在三甘醇脱水塔内的初始分布对于整塔的效率起到了十分重要的作用，对全塔的性能、最终产品的质量及全塔的操作稳定性都有较大影响[】。】。双列叶片式气体分布器对气体的均布性能较为出色，并且其在塔内的占位较低，占用空间较小。气体为水平分布，避免了其对塔内液体的扰动，使整塔操作比较稳定[4]。以往对该分布器的研究主要依赖实验方法[5-8]，不仅气体速度的方向难以准确测定，而且在测定分布器压降时，动压的影响也很难完全消除。随着计算机技术和计算流体动力学[9】的发展，图1双列叶片式气体分布

3、器结构示意图在化工单元设备的开发和设计中，数值模拟技术受到越来越多的重视，并且在开发和设计化工单及湍动耗散率e的输运方程来描述。元设备的过程中，应用数值模拟计算不仅能有效缩短设计周期，还可节约科研经费。雷诺平均N．S方程：本文使用商用CFD软件FLUENT对双列叶片式：0(1)气体分布器内流场进行模拟计算，通过对流场进行的分析表明，模拟结果接近实际情况，因此其对分布器的设计有较好的指导意义。每一善V壕一等1物理模型式中：Ui为i点速度：UiI为i的脉动速度；p为压本文使用绘图软件AutoCAD对双列叶片式气

4、力；V=u／tO为分子粘度；vr为湍流涡粘度。体分布器进行模型绘制。分布器基本结构如图1所湍流模型采用标准．模型示，叶片数量为每N38片。K-(3)Vr=2数学模型在本文模拟条件下，因气体在整个过程中的其中湍动能k代表流体流动的混乱程度，其输压力变化不大，把它当作不可压缩流体来处理。运方程为模拟过程中，分布器内气体呈单相湍流流动，流动近似为稳态流动，对湍流的模拟采用标准一s模作者简介：杜明(1983一)，男，天津人，硕士研究生，助工，海油工程设计公司机械设计部。主要从事海洋石油平台机械型。整个过程使用雷诺平

5、均N．S方程、湍动能k以设计方面的工作。第1期杜明等TEG脱水塔内气体分布器流场FLUENT数值模拟．J9．轴轴“拈静b培缸计算中，进气管内的气体按照充分发展的U考——一=一“iU每+十毒——l(IV+十二ak)1I—~x—kJlI一￡cf4、湍流考虑，设置边界条件为速度进口(Velocity．Inlet)，中心速度uin=20m／s。出口仍然按照充湍动能耗散率e代表流体流动的能量损失，分发展的湍流计算，设置边界条件为压力出口其输运方程为(Pressure．Outlet)，出口通大气。由于在近壁区k．方程的

6、某些假设难以成立，为了克服由此带来_，堡：～c,：kulu)+旦+]鱼l+垡(5)的困难，采用标准壁面函数【加的方法计算近壁面faxkllo／‰Ik网格的各物理量。标釉}一模型中的系数使用launder和Spalding4模拟结果分析的推荐值C1=1．44，C2=1．92，C：0．09，ok=1．3，0z=1．3。4．1流场分析图2为气体分布器中心平面上气体速度分布图3模拟计算及边界条件设置及气体矢量图。很明显，在分布器内部远端区域本次研究利用GAMBIT软件对模型进行网格气速相对较低，这使得在分布器外的气

7、速分布出划分，对塔体及分布器本身进行了模型切割，切现较大差异，此平面上多数区域气体速度相对较割后的模型除进气口与塔体接触处使用四面体网高，而由分布器远端叶片间喷出的气体速度相对格进行划分外，其余部分使用六面体或五面体网防。■较低，造成了在分布器远端出现了少量气体环流格进行划分。将网格文件导入FLUENT，当各项数i÷e口^ie；e0fee现象。¨三；“¨∽¨帆m神∞∞椰w∞∞蛳¨据残差均小于0．001时即判定计算收敛。图2分布器中心平面气体速度分布图及速度矢量图此外，通过分析图3中进气口处三个平面上的气体质

8、点运动轨迹发现，多数质点会在较短时间内流出出口，且没有出现过多的紊乱流动，其余部分质点则流向塔底并作环向流动，但由于其数量极少，因此不会对塔釜液体造成很大扰动。气体分布不均匀度M是评价分布器性能的重要参数，M数值越小说明截面上的气体平均速度差越小，在截面上的气量分布越均匀。图4为距分布器中心不同高度平面上，气体分布不均匀度M的变化曲线。从图4可以看出，随着平面高度的增加，M不断减小，说明随着高度的增加，气速差异逐