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《LYHC—I型入口擴散器數(shù)值模擬》由會員上傳分享,免費在線閱讀,更多相關內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、菪諸石油化工設計PetrochemicalDesignLYHC—I型入口擴散器數(shù)值模擬裘峰(中國石化洛陽石化工程公司,河南洛陽471003)摘要:將CFX數(shù)值模擬軟件應用于LYHC—I型入口擴散器氣一液兩相流數(shù)值模擬。幾何建模采用SolidWorks、ICEMCFD協(xié)同進行,兩相流物理模型采用SST模型,計算得到了該結構內(nèi)非穩(wěn)態(tài)的三維流場、液相分布等特征參數(shù)的分布特性,研究結果可為該結構的進一步改進和優(yōu)化設計提供參考依據(jù)。關鍵詞:入口擴散器數(shù)值模擬CFX各種工業(yè)過程中,流動是最常見、最重要的運僅將過濾盤及其下方的頂分盤以
2、多孔介質(zhì)形式代動形式之一,伴隨著流動現(xiàn)象發(fā)生的一系列物理替,其總體及詳細結構形式如圖1所示。為防止現(xiàn)象,如傳熱、輻射、化學反應、燃燒、相變等構成出、入口效應對數(shù)值模擬的影響,分別在模擬域的了復雜多樣的工業(yè)過程。CFD(ComputationalFlu—人口和出口位置進行了適當?shù)难娱L,整個模擬域idDynamics)技術將時間、空間域上連續(xù)的物理量由3.8×10個網(wǎng)格組成。的場(如速度場、濃度場、壓力場等),用一系列離散點上的變量集合來代替,建立大規(guī)模非線形方程組,并通過數(shù)值計算和圖像顯示,對流體流動、傳質(zhì)、傳熱等相關現(xiàn)象
3、進行系統(tǒng)分析。作為全世界領先的CFD大型軟件仿真計算軟fI件包,AnsysCFX以其先進的數(shù)學模型和求解方法、強大的計算仿真能力而被業(yè)界所認同,并被廣圖1LYHC—I型人口擴散器總體及詳細幾何模型泛應用各大工業(yè)領域。然而,由于石化工藝、設備1.2數(shù)學模型:SST湍流封閉模型幾何造型的復雜性和多樣性,不同部件的尺度差本文工作采用Menter等心提出的適用于多相異極大,使得CFX模擬仿真難度激增;操作難度流體系的SST模型來進行湍流封閉。該模型有機高、工作量巨大、周期較長,已成為妨礙該軟件廣地將傳統(tǒng)的一模型和k—to模型結合
4、在一起:泛應用于石化工程設計的瓶頸。即在流動的主體采用k一模型,而在近壁區(qū)采用本文以LYHC—I型人口擴散器為模擬對象,k一模型來計算。其模型方程為:以“SolidWorks模型構建、ICEMCFD網(wǎng)格劃分、o(af)/+V(az)=(+/o")Vk]+.fCFX三維模擬”為技術路線,力圖摸索出一套能夠G一盧(1)適應工程設計進度和要求的CFD仿真模擬方法。o(pf)/c)t+v(pfMzto)=(.+,.f/)]+(1一F1)2plVkVto/o"+Ol3tog.{/k—3Pf∞1數(shù)學物理模型(2)1.1幾何模型為更加
5、真實、有效地模擬工業(yè)實際,本文前期收稿13期:2012一O1—11。工作采用SolidWorks、ICEMCFD協(xié)同作業(yè)的方作者簡介:裘峰,女,1988年畢業(yè)于華東理工大學有機化工專業(yè),工學學士,高級工程師,從事石油化工加氫法來構建和劃分LYHC—I型入口擴散器的物理工藝的設計工作。聯(lián)系電話:0379—64885560;E—模型和網(wǎng)格。整個模型結構未作任何簡化處理,mail:qiufeng.1pec@sinopec.tom第29卷裘峰.LYHC—I型入口擴散器數(shù)值模擬·39·其中,動能產(chǎn)生項G可由下式得到:一定厚度的液層
6、;由于氣相的卷吸夾帶作用,使得G=min{r.2[Mz+(f)]:f,l少部分油相沿著錐臺的外斜面逆向上在腔體內(nèi)形pzkoJ}(3)成局部螺旋渦流,并最終在氣相夾帶下由錐臺豎混合函數(shù)定義如下:直寬縫流人錐體內(nèi)部(如圖2(b)、(c)所示)。鑒F1=tanh{{min[max(k/(/3),500tzL.zI(pfy2oj),于錐臺的強約束,其內(nèi)部的油、氣兩相只能向下流4p/(CDY)]))(4)動,并相繼被兩層傘帽進行再分布,從而使油、氣CD=max[f(),1.0x10I1。](5)兩相分布相對較為均勻。上式中,Y為計
7、算單元距最近的壁面距離。1.3邊界條件和初始條件根據(jù)工藝條件,反應器人口的邊界條件設定為已知的體積流率;出口定義為充分發(fā)展邊界條土,煦件,即各特征參量的梯度為零。在壁面處,對氣相(a)油相體積分翠(b)油相體積分翠局邵放大視圖和液相均設置為無滑移條件,也即壁面是不光滑(c)油相速度矢量分布的,在壁面處有Ⅱf=0。圖2軸截面上油相的體積分率和速度分布圖初始計算(t=0)時,人口處的流動速度為零,同時,由圖2(e)還可觀察到,由于油氣兩相體積分率為入口處的值,壓力為工作壓力。由入口管線進入擴散器腔體時空間的的突然擴增1.4數(shù)
8、值方法和內(nèi)部錐臺面的橫向?qū)Я髯饔?,在擴散器錐臺與上述模型控制方程組為一組強耦合性的非線圓筒組成的腔體內(nèi),油、氣兩相流場呈現(xiàn)明顯的漩性方程組,在數(shù)值求解時,需將此非線性方程組離渦流動結構。在腔體的上半部,少量油相還被氣散化。本文工作采用基于有限元的有限體積法,相夾帶著沿著筒壁向上形成次級渦流,并在筒壁利用CFX多網(wǎng)格耦