圆形固定阀塔板的流体力学性能研究和流场CFD模拟

论文摘要

固定阀塔板克服了筛孔塔板雾沫夹带量大、漏液严重、传质效率低的缺点,又避免了浮阀塔板制造成本高、易堵塞的不足,具有制造费用低、操作弹性大、传质效率高、免维护等优良综合性能,达到生产周期“长、满、优”的工业要求,有助于实现节能降耗及减排。因而,固定阀塔板的研究和工业应用对于国民经济建设和社会和谐发展具有深远而重大的意义。目前,有关固定阀塔板的研究主要集中在新阀型的开发和阀结构及塔板优化上,本论文提出了一种新型固定阀塔板,称作圆形固定阀塔板。圆形固定阀在塔板上的投影面为Φ40mm圆形区域,阀由阀盖和三条阀腿组成,阀盖周边具有向下弯曲的折边,且三条阀腿呈120°布置。在直径600mm的有机玻璃塔内,以空气-水为物系,在不同气、液流量下,对圆形固定阀塔板进行了包括干板压降、湿板压降、漏液和雾沫夹带等流体力学性能的实验研究,并考察了阀型（塔板鼓泡元件分别为圆形固定阀和条形固定阀）、阀升起高度（圆形固定阀升起高度分别为5.5mm和9.0mm）和阀数（塔板上分别布置24和38个阀升起高度为5.5mm的圆形固定阀）对塔板流体力学性能的影响；应用Fluent6.2软件对布置有流体力学实验中圆形固定阀的塔板进行了气相流场CFD模拟,直观地考察了圆形固定阀阀内空间及其周围流场。塔板的流体力学性能实验研究结果表明,在双对数坐标系上,各固定阀塔板的干板压降△Pd随阀孔动能因子F0增大而缓慢升高,且基本呈直线关系,用式△Pd=50o（ρG/ρL）（u0/C0）2关联出1#、2#、3#和4#塔板孔流系数C0值分别为0.5887、0.5881、0.4457和0.5833,即相同F0时3#塔板的干板压降高于其它塔板,而其它3套塔板的干板压降大小相当；在某喷淋密度下,各固定阀塔板的湿板压降△Pw随F0增大而增大,而在一定气量下,塔板的△Pw随喷淋密度增大而增大,3#塔板具有所有实验塔板中最高的湿板压降,且当喷淋密度高于60（m3.h-1）m-2时,降液管通液能力有限,气量达到一定程度时塔板会出现降液管液泛；对于各圆形固定阀塔板,喷淋密度为10、20和40（m3.h-1）m-2时漏液率η随F0增大迅速降低,而喷淋密度60和80（m3.h-1）m-2时,η随F0增大却缓慢降低,且达到η=10%时越高喷淋密度下的F0更低,而各喷淋密度下条形固定阀塔板漏液率η随F0的增大均逐渐降低,但相同F0下各固定阀塔板的绝对漏液量m均随喷淋密度的增大而增大,而η随F0增大的减小速率相当,并且喷淋密度为60和80（m3.h-1）m-2时的m远远高于喷淋密度为10、20及40（m3·h-1）m-2的；一定喷淋密度L下,各圆形固定阀塔板的雾沫夹带ev随F0增大而增大,且较低喷淋密度L下的增大速率比较高L的大,而当喷淋密度L为60和80（m3.h-1）m-2时,雾沫夹带ev达不到10%塔板就已经发生降液管液泛；四套塔板的操作弹性从大到小为：1#塔板-3#塔板-2#塔板-4#塔板。塔板的气相流场CFD模拟结果表明,气体经过塔板上所开圆孔进入阀内空间突然收缩,遇阀面后改变方向,沿折边从阀侧缝出阀突然扩大,在阀侧缝近阀盖处气流速度值达到最大；自相邻四阀流出的气流会在阀间区域发生碰撞,出阀侧缝的一部分气流向下吹到塔板上,并在近塔板处形成旋涡,在阀盖边缘处也会形成漩涡；气流从9.Omm升起高度的阀侧缝高速喷出后,斜向上流向上层塔板,而5.5mm的升起高度使得气流出阀侧缝后较水平地吹向塔板,并在阀间位置碰撞后转流向上；进气速度越大或阀升起高度越低,近塔板处和阀盖边缘形成的漩涡越大,阀间距越小在阀间区域碰撞的气流量越多且气速高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 前言
• 第二章 文献综述
• 2.1 固定阀塔板的研究进展
• 2.2 塔板上流场的CFD模拟
• 2.3 塔板流体力学性能
• 2.4 本文研究的目的及主要内容
• 第三章 圆形固定阀塔板流体力学性能的实验研究
• 3.1 实验目的
• 3.2 实验装置及流程
• 3.3 实验塔板结构及参数
• 3.4 圆形定阀塔板结构与特点
• 3.5 实验结果分析和讨论
• 3.5.1 圆形固定阀塔板的干板压降
• 3.5.2 圆形固定阀塔板的湿板压降
• 3.5.3 圆形固定阀塔板的漏液
• 3.5.4 圆形固定阀塔板的雾沫夹带
• 3.6 圆形固定阀塔板的负荷性能图
• 3.7 本章小结
• 第四章 不同结构及参数对固定阀塔板流体力学性能的影响
• 4.1 实验目的
• 4.2 实验装置和流程
• 4.3 实验结果分析和讨论
• 4.3.1 阀型对固定阀塔板流体力学性能的影响
• 4.3.2 阀升起高度对圆形固定阀塔板流体力学性能的影响
• 4.3.3 阀数对圆形固定阀塔板流体力学性能的影响
• 4.4 固定阀塔板的负荷性能图
• 4.5 本章小结
• 第五章 圆形固定阀塔板气相流场的CFD模拟
• 5.1 实验目的
• 5.2 圆形固定阀塔板上气体流动的数学模型
• 5.2.1 流体流动的控制方程组
• 5.2.2 湍流模型
• 5.3 控制方程离散化
• 5.4 流场求解的SIMPLE算法
• 5.5 圆形固定阀塔板气相流场的数学模型
• 5.5.1 物理模型和网格划分
• 5.5.2 数值计算方法
• 5.5.3 边界条件设置
• 5.6 模拟结果和分析
• 5.6.1 阀升起高度9.0mm圆形固定阀塔板的气相流场
• 5.6.2 阀间距对流场的影响
• 5.6.3 阀升起高度对流场的影响
• 5.7 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的文章