格栅填料压降与流场的CFD分析.pdf

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1、第37卷第1期化工机械73格栅填料压降与流场的CFD分析周建军+胡兆吉(南昌大学)李振鹏薛浩杰(吐哈油田化工厂)摘要以金属格栅填料作为研究对象，针对4种不同长宽比的格栅填料，利用CFD模拟了其在5种不同流速下的于塔压降和流场分布，分析了填料内的回流现象以及当改变填料结构尺寸时与压降变化的关系。关键词填料塔格栅填料规整填料压降中图分类号TQ053．5文献标识码A文章编号0254-6094(2010)01-0073-03金属格栅填料是一种孔隙率高、比表面积大、分离能力高和压降低的规整填料。由于它具有固定的流体通道，因此在填料内不存在填料床

2、满是液体的现象，尤其适合在含有固体的流体或要求压力降小的场合。然而填料塔内的流场分布规律比较复杂，以往的设计和选型都是按经验进行的，缺乏普遍适用性和准确性，随着计算流体力学的发展，CFD虽被较多地用来分析波纹规整填料的流场和传质性能，但在格栅填料的分析应用中则比较少见H。J。为此，格栅填料内的流场分布和传质性能的研究，对于格栅填料的设计和选用都有很大的实际意义，而且格栅填料由于其结构与其他类型规整填料的不同，也有必要单独进行研究。1物理模型为了能够充分分析填料内的流场分布，既能考虑到两层填料之间的相互影响，又能考虑到相邻填料之间的相互

3、影响，在此选取任意的两层塔盘中的相邻两片填料板作为分析对象，假设两层填料紧密接触、且之间的角度为90。，按4种不同的长宽比(L／D=40／50、50／50、60／50、70／50)建立分析模型，填料结构及模型如图1所示。图1格栅填料结构示意图2数学模型由于规整填料单元结构比较复杂，尤其是在两层填料片之间、相邻两填料片之间的部分流动比较复杂，有绕流和回流的现象，因此采用层流模型来描述其流动状态并不合理，而且通过以往的研究认为采用HNGI

4、}一占模型能得到比较满意的模拟效果”’6’，RNG模型是对标准k-8模型的一个修正，适合于计算低雷诺

5、数流体流动和近壁流，同时还能较好地解决过渡区的流场。在本模拟条件下，笔者选用RNGk-E模型进行模拟计算，其中Cl。=1．42，q=0．0845，C2，=1．68，刀o=4．377，口=0．012。3边界条件边界条件具体设置如下：a．入口边界。速度入口边界条件。b．出口边界条件。出口边界条件设为压力·周建军，男，1980年1月生，硕士研究生。江西省南昌市，330031。74化工机械2010年出口边界条件。C．壁面边界。固壁无滑移壁面边界条件。4结果分析在同一气速下，4种格栅填料的流场分布如图2所示。图2在同一气速下4种结构的流场分布(

6、单位：Pa)由图2可看到，在两层填料交接处以及在同大，填料层的压降也在逐渐增大。同时也可看出，一层两块填料之间都会出现明显的回流，而且在在同一气速条件下，当L／D增大时其压降也在增相同气速条件下当L／D增大时，这种回流现象越大，这说明在模拟的这个条件范围内适当减小L／明显。不同结构下4个模型的气速与压降变化曲线如图3所示。图3压降与速度关系图从图3可看出，随着流过填料气速的不断增D可以起到减小干塔压降的效果。5结束语通过以上的模拟分析可看出，在格栅填料中存在比较明显的凹流现象而且随着流速的增大这种回流现象也越明显，同时当增大L／D时填

7、料层之间、相邻两填料之间都会出现比较大的回流，而且L／D越大这种回流现象也就越明显。此外，通过压降与流速的分布曲线也可看出，当其他条件不变，增大填料的宽度时填料的干板压降是一个增大的趋势，在此分析其原因应该有两个方面：由于回流的增大消耗了动能从而使压力降增大，从而导致干板压降增大；由于填料通道可以近似简化为一个带角度的圆管，而按照流体力学的相关第37卷第1期化工机械75知识当角度不变半径增大时其局部阻力系数是增大的这也导致气流在通过填料时阻力增大。由此4可以得出，在计算干塔压降的时候其影响因素比较多，而填料层中的回流现象应值得考虑。。

8、参考文献1龙湘梨，叶永恒．填料层压降数学模型．石油化工设。U备，2005，29(3)：17一192张鹏，刘春江，余国琮等．规整填料塔内气相流动的计算流体力学模拟．天津大学学报，2005，38(6)：503—5073王文娜，杨晓奕，薛尚斌．填料塔内部流场数值模拟．环境科学导刊，2007，26(4)：5—7王琨，张鹏，刘春江．计算流体力学在填料塔中的应用．天津化工，2004，18(6)：5—8JoaoF，PedroCS。Jos6PBM．ApplicationofCFDintheStudyofSupercriticalFluidExtrac

9、tionwithStructuredPacking：DryPressureDropCalculations．TheJournalofSupercriticalFluids，2008，47(I)：17—24RixA．Olu