槽式液体分布器孔口流动特性的研究.pdf

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1、槽式液体分布器孔口流动特性的研究InvestigationofOutflowthroughOrificesofTrough-typeLiquidDistributor一级学科：化学工程与技术学科专业：化学工程研究生：于洪锋指导教师：李鑫钢教授天津大学化工学院二零一一年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本

2、研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要液体分布器可以为填料提供均匀的液体分布，进而提高填料塔的分离效率。所

3、以，液体分布器是填料塔内极为关键的部件。因此，在本文中，借助实验和计算流体力学两种方法，对槽式液体分布器的孔口出流特性进行研究。本文首先对液体分布器的单孔流动进行实验研究。研究结果表明，孔板厚度一定时，孔流系数的值随着孔口直径的增加逐渐减少。当孔口直径比较小时，孔流系数的值随孔径增加变化比较剧烈；而当孔口直径比较大时，尤其是孔口直径大于10mm后，孔流系数的值随孔径增加变化趋于平缓。当孔口直径相同时，孔流系数在一定液位高度范围内随着孔板厚度的增加而增大。依照板厚孔径比的不同，可以把孔口分成厚壁孔和薄壁孔，两种孔口的孔流

4、系数变化规律有所不同。研究结果还表明，在其它条件相同时，冲孔的孔流系数要大于钻孔的孔流系数，当孔口直径比较小时，冲孔的孔流系数与钻孔的孔流系数差距比较大，随着孔口直径的增加，两者之间的差距逐渐缩小。由于孔口位置对孔流系数基本没有影响，因此侧开孔的孔板经实验研究而归纳得到的关于孔流系数与孔口尺寸和加工方式的变化规律，也适用于底开孔的孔口。接下来，本文利用高湍流雷诺数CFD模型和低湍流雷诺数CFD模型分别对孔径4mm板厚2mm和孔径8mm板厚2mm的孔口的孔流系数进行计算。计算结果表明，高湍流雷诺数CFD模型的模拟值比低湍

5、流雷诺数CFD模型的模拟值更接近实验值，因此，高湍流雷诺数CFD模型更适合计算孔径较小时孔口的孔流系数。而对于孔壁网格加密的低湍流雷诺数CFD模型，由于其在预测分离流方面的优势，因此应用于计算孔径较大的孔口的孔流系数。本文还对槽式液体分布器中槽内流动对孔口流动的影响进行研究。在对槽内横向流动如何影响孔口出流的研究中，本文首次提出了孔前流动区绕流的概念来解释槽内横向流动对孔口出流的影响，并在此基础上，对不同液位下槽内横向流速与孔流系数的关系进行了研究。在对进口处纵向流动如何影响孔口出流的研究中，依然运用孔前流动区绕流的概

6、念以及进口纵向流动的特性来研究和解释进口处纵向流速与孔流系数的关系。基于以上的分析，本文提出了两种槽式液体分布器的结构优化的策略，分别是增加槽宽和增加孔中心到槽底的距离。并且，通过计算流体力学方法对这两种策略进行验证，结果表明无论是增加槽宽还是增加孔中心到槽底的距离都可以改善由槽内流动所造成的孔口出流的不均匀性。关键词：孔流系数，槽式液体分布器，CFD模拟，孔前流动区绕流ABSTRACTItiswellknownthattheuniformityofliquiddistributioniscrucialforthese

7、parationperformanceofpackedcolumns.Therefore,liquiddistributoristheimportantcolumninternalsofpackedcolumn.Inthispaper,outflowthroughorificesoftrough-typeliquiddistributorisinvestigatedbyexperimentandCFDsimulation.Firstly,outflowthroughsingleorificeisresearchedby

8、experiment.Theexperimentalresultsshowthattheorificecoefficientdecreaseswithincreaseoforificediameterwhilethewallthicknessissame.Thedecreasingtrendoforificecoefficient