【摘要】：板式塔是最常用的氣液傳質(zhì)設(shè)備之一,其中,固定閥塔板作為一種整合了篩板塔板和浮閥塔板的優(yōu)點(diǎn),并克服了其中的一些缺點(diǎn)的塔板,以其優(yōu)良的性能而被廣泛應(yīng)用,有很大的研究發(fā)展前景。本文以塔板的現(xiàn)有研究為基礎(chǔ),以加強(qiáng)對(duì)板上液體的導(dǎo)向性、抑制霧沫夾帶為目的,針對(duì)當(dāng)前塔設(shè)備對(duì)新型塔板開發(fā)的需求,開發(fā)了一種新型固定閥塔板——低霧沫導(dǎo)向梯形固定閥塔板。因此,本文將從實(shí)驗(yàn)和計(jì)算流體力學(xué)兩部分著手,對(duì)低霧沫導(dǎo)向梯形固定閥塔板的流體力學(xué)性能及塔板上的氣液兩相流場(chǎng)進(jìn)行分析研究。實(shí)驗(yàn)部分,本文流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)是在1500×400mm的矩形塔中、用空氣—水系統(tǒng)在常溫常壓下完成的。通過(guò)調(diào)整實(shí)驗(yàn)參數(shù)(出口堰高、空塔氣速與液流強(qiáng)度),測(cè)量了本新型塔板的塔板壓降、清液層高度、霧沫夾帶及漏液這四種流體力學(xué)性能參數(shù),探究了這些參數(shù)隨閥孔動(dòng)能因子、液流強(qiáng)度及出口堰高的變化規(guī)律。同時(shí),通過(guò)擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),得到了塔板壓降、清液層高度、霧沫夾帶及漏液的數(shù)學(xué)關(guān)聯(lián)式,為此塔板進(jìn)一步的設(shè)計(jì)與開發(fā)提供一定的理論指導(dǎo)。與F1浮閥相比新塔板的干濕板壓降分別低30-40%以及10-20%,霧沫夾帶低60-70%;與半橢圓固定閥相比新塔板的塔板壓降略高,霧沫夾帶低40-50%,抑制霧沫夾帶的效果明顯。模擬部分,本文為了深入分析研究新型導(dǎo)向固定閥塔板上方的氣液兩相流場(chǎng)分布情況,將建立出塔板模型,借助計(jì)算流體力學(xué)軟件Fluent在氣液兩相流的條件下進(jìn)行模擬計(jì)算。以雙歐拉兩相流模型與混合相標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流方程為基礎(chǔ),構(gòu)造了此導(dǎo)向固定閥塔板的CFD三維模擬模型,模型中采用的動(dòng)量源項(xiàng)表達(dá)式通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)得到的平均體積氣相含率建立。為了驗(yàn)證所建CFD模型的正確性,本文計(jì)算模擬了在與實(shí)驗(yàn)參數(shù)完全相同的條件下所得到的板上清液層高度,并與實(shí)驗(yàn)測(cè)量值進(jìn)行比對(duì)。對(duì)比結(jié)果較吻合,證明所構(gòu)建的模型能夠較好的模擬出新型導(dǎo)向固定閥塔板上的氣液兩相流場(chǎng),并根據(jù)模擬結(jié)果,研究分析了塔板上方的氣液兩相速度場(chǎng)的分布規(guī)律及塔板結(jié)構(gòu)對(duì)流場(chǎng)的影響。
[Abstract]:Plate tray is one of the most commonly used gas-liquid mass transfer equipment, in which the fixed valve tray is widely used as a tray which integrates the advantages of sieve tray and floating valve tray, and overcomes some shortcomings. There is a great prospect of research and development. Based on the existing research on tray, this paper aims at strengthening the orientation of liquid on the plate and restraining entrainment of mist and foam, aiming at the demand of the new tray development for the tower equipment at present. A new type of fixed valve tray, low foaming trapezoidal tray, was developed. Therefore, the hydrodynamic properties of trapezoidal fixed valve tray and the gas-liquid two-phase flow field on the trapezoidal valve tray are studied in this paper from the two parts of experimental and computational fluid dynamics. In the experiment part, the hydrodynamic experiment was carried out in 1500 脳 400mm rectangular tower with air-water system at room temperature and atmospheric pressure. By adjusting the experimental parameters (exit Weir height, empty tower gas velocity and liquid flow intensity), the pressure drop of the tray, the height of the liquid layer, the entrainment of mist and the leakage of the liquid were measured. The variation of these parameters with the kinetic energy factor of valve hole, liquid flow intensity and exit Weir height is investigated. At the same time, by fitting the experimental data, the mathematical correlation formulas of tray pressure drop, liquid layer height, entrainment of mist and liquid leakage are obtained, which provides certain theoretical guidance for further design and development of tray. Compared with F1 float valve, the pressure drop of the new tray is 30-40% lower and 10-20% lower than that of the new tray, and the entrainment of mist is 60-70% lower. Compared with the semi-elliptical fixed valve, the pressure drop of the new tray is slightly higher, and the entrainment of foam is 40-50% lower than that of the new tray. In the simulation part, in order to analyze and study the gas-liquid two-phase flow field over the plate of the new type of guide fixed valve, a tray model is established and simulated under the condition of gas-liquid two-phase flow with the help of the computational fluid dynamics software Fluent. Based on the two-Euler two-phase flow model and the standard k- 蔚 turbulent equation of mixed phase, the CFD three-dimensional simulation model of the guide fixed valve tray is constructed. The expression of momentum source term used in the model is established by correlating the experimental data with the average volume vapor holdup. In order to verify the correctness of the established CFD model, the height of the supernatant liquid layer obtained under the same conditions as the experimental parameters is calculated and simulated, and compared with the measured values. The comparison results show that the proposed model can simulate the gas-liquid two-phase flow field on a new type of fixed valve tray, and according to the simulation results, The distribution law of gas-liquid two-phase velocity field over the tray and the influence of the trays structure on the flow field are studied and analyzed.
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ053.5

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本文編號(hào)：2408409