探析鼓泡塔内液相流体流动和返混现象的cfd模拟

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1、天津大学硕士学位论文鼓泡塔内液相流体流动和返混现象的CFD模拟姓名：陈保卫申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：曾爱武20040101摘要本文使用训算流体力学的方法分别研究了鼓泡塔、含挡板的鼓泡塔、规整填料结构单元和规整填料片内的液相流体流动，并通过脉冲示踪技术，对上述研究对象内的液相返混现象进行了模拟计算，得到示踪剂的RTD曲线，并通过用返混模型对RTD曲线进行拟合，研究它们的混合特性。目前，关于鼓泡塔内气液逆流操作的CFD模拟计算还很少。我们根据气液逆流鼓泡塔内的流动特点，提出了新的拟单相漉模型，通过计算发现鼓泡塔内存办三个流动区域：核，

2、0区、零轴向速度区和塔壁附近回流区。计算结果表明，在逆流操作中液相轴向返混主要是由于气泡的逆向运动诱导产生的液帽回流引起的。根据鼓泡塔内液相流体的流动特点，我们希望在鼓泡塔内加入了～定数量按照一定规律排列的挡板，能够减弱鼓泡塔的液相轴向返混。结果发现塔内的流体流动形式发生转变，由三个流动区域转变为四种流动形式，即较大的涡流流动、折流现象、分流现象和塔壁附近的液楣回流。而且与空塔比较，液相轴向返混系数明显减小。‘由于对规整填料鼓泡塔进行全塔CFD模拟计算的困难很大，现阶段就目的的条件是难以实现的。因而我们从规整填料结构单元(交叉单元、塔壁附近的填制

3、单元和上下两盘填料的衔接处)和片结构入手，实现对规整填料鼓泡塔各方面的研究。通过计算发现规整填料内不同的结构单元对液相的轴向返混贡献程度不同，规整填料交叉结构单元是规整填料内晟基本的传质单元．在不同型号的规整填料单位体积内交叉单元数目的多少直接影响它的传质效果。关键词：鼓泡塔辅向返混逆流操作规整填料计算流体力学径向返混ABSTRACTInthismesis，weinvestigatedtheliquidflowinthebubblecolumn，anotheibubblecolumnwiththeb棚es．thestructurecellsofs

4、tructuredpackingandslicestructureofstructuredpackingbythemethodofCFD(computationalfluiddynamics)，andstudiedtheirbackmixingphenomenabyusingpulsetracerinjectiontechniques．Moreover,researchesontheirmixingcharacteristichavebeenconductedbyusingbackmixingmodeItoregresstheRTDcurvesw

5、hichareattainedinCFDsimulationAtpresent．afewCFDsimulationsofcountercurrentofliquidandgasinthebubblecolumnarcfound．Inthisarticle，wepresentanewquasisingle—fluidmodelaccordingtOtheflowcharacteristicofbubblecolumnofcountercurrentofliquidandgas．Threeflowregionsarefoundinthebubblec

6、olumn：coreregionalongthecolumncenteLbackflowregionnearthecolumnwallandzerovelocityregionbetweenthetworegions．Furthermore。themainreasonoftheaxialbackmixingoftheliquidiStheliquidbackflowwhichindueeAbythereverseflowofthebubbles．Accordingtotheliquidflowcharacteristicofbubblecolum

7、n．wehopetodecreaseaxialbackmixingoftheliquidbyputtingsomebaffleswhichhavecertaindistributienruleinthebubblecolumn．Asresult．theliquidflowchangesfromthreeflowregi。onstofourflowform(thevortex，thebackflowaroundthebamCS、thedistributaryandthebackflowaroundtheWallOfthe，column)．Compa

8、ringwiththatofbubblecolumn，theliquidaxialbackmixingapparentlydecreas