鼓泡塔內(nèi)部流場分布特性的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

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1、第42卷第5期化工機(jī)械68l鼓泡塔內(nèi)部流場分布特性的實(shí)驗(yàn)研究+曹喬喬”郝惠娣王瑾(西北大學(xué)化工學(xué)院)摘要利用CFD技術(shù)對鼓泡塔內(nèi)流場進(jìn)行模擬,考察了通氣速度為0.02、0.05、0.08、0.1lm/s時(shí)鼓泡塔內(nèi)流場的特性,并對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析。研究發(fā)現(xiàn):分布器對不同氣速的流體分布作用范圍相差不是很大,但分布器對高速流體的阻力明顯比低速流體的大,對于消除或減弱中心趨勢效果較好。氣體在上升過程中氣舍率逐漸向四周擴(kuò)散,當(dāng)經(jīng)過分布器后氣體分布整體相對均勻,故分布器的分布作用比較顯著。關(guān)鍵詞鼓泡塔CFD模擬計(jì)算流體力學(xué)表現(xiàn)氣速中圖分類號TQ05

2、2.5文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0254-6094(2015)05-068l旬4鼓泡塔在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,如加氫、費(fèi)托合成、污水處理及煤液化等“。迄今為止,大量學(xué)者對鼓泡塔的流體特性進(jìn)行了模擬研究‘“”。近年來,隨著計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)和軟件的迅速發(fā)展,鼓泡塔內(nèi)的流場等詳細(xì)信息可以通過CFD模擬的方法獲取‘9’?o。筆者利用AnsysCFD軟件對鼓泡塔內(nèi)的氣、液兩相進(jìn)行混合性能的數(shù)值模擬,考察了通氣速度為0.02、0.05、0.08、0.11m/s時(shí)鼓泡塔內(nèi)流場的特性,并對其計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了分析。1幾何模型及網(wǎng)格劃分筆者研究采用帶有分布器的鼓泡塔(

3、圖1),塔外徑為300mm,內(nèi)徑為295mm,高為1000mm,分布器位于塔的中部,有37個(gè)小圓孔,孔徑為20mm,分布器模型如圖2所示。圖1鼓泡塔結(jié)構(gòu)模型圖2分甫器摸至網(wǎng)格劃分_11”采用有限體積法,為結(jié)構(gòu)化四面體網(wǎng)格,最小尺寸為0.2ram,最大面尺寸為10mm,最大體尺寸為20mm。網(wǎng)格總節(jié)點(diǎn)數(shù)為141716個(gè),網(wǎng)格單元數(shù)為776446個(gè),壁面Infla—tion網(wǎng)格細(xì)化,邊界層定義為5層。2初始條件和邊界條件初始時(shí),流體區(qū)域全是水,故設(shè)置水的體積分?jǐn)?shù)為1,空氣的體積分?jǐn)?shù)為0,液體湍動(dòng)形式選擇MediumIntensityandE

4、ddyViscosityRatio。液體的壁面設(shè)置成無滑移的固體壁面邊界,氣體設(shè)置為自由滑移固體壁面邊界,質(zhì)量和動(dòng)量選擇FluidDependent。邊界的條件參數(shù),氣體入VI為速度人$西北大學(xué)研究生創(chuàng)新人才培養(yǎng)基金項(xiàng)目(YZZl2040),陜西省教育廳科研項(xiàng)目(1lJKl0-21):+t曹喬喬,女,1990年5月生,碩士研究生。陜西省西安市,710069。一682化工機(jī)械2015矩口,氣相體積分?jǐn)?shù)為l。3模擬結(jié)果及討論3.1鼓泡塔內(nèi)氣速的計(jì)算結(jié)果由圖3可知:入口附近鼓泡塔的底端兩個(gè)角處的液體幾乎是不運(yùn)動(dòng)的,運(yùn)動(dòng)區(qū)域呈現(xiàn)U型,為了避免容

5、器內(nèi)部出現(xiàn)死角,建議在下端設(shè)計(jì)選型時(shí)選用U型或V型二容器中心部分像V字一樣帶動(dòng)液體,隨著氣體速度u,的增加,中心部位的V型也就越明顯,距離中心處越遠(yuǎn)速度越小,對壁面附近流體的運(yùn)動(dòng)而言,速度大不易帶動(dòng)容器壁面附近流體的流動(dòng);對于容器中心而言,速度大時(shí)的帶動(dòng)作用比速度小時(shí)的強(qiáng);對于整個(gè)塔器而言,速度大時(shí)的帶動(dòng)作用比較顯著;分布器對不同氣速的流體分布作用范圍相差不是很大,但是分布器對高速流體的阻力明顯比低速流體的大,特別是在中心部位。分布器對于高速流體的分布效果比較好,速度在容器內(nèi)部分布比較均勻,對于消除或減弱中心趨勢效果比較好:圖3不同通氣

6、速度下氣體的速度分布云圖3.2鼓泡塔內(nèi)徑向氣含率的計(jì)算結(jié)果圖4為U,=0.05m/s時(shí)不同高度下氣含率的分布圖。、由圖4a、b可以看出,中心處氣含率最高,從中心到壁面氣含率逐漸降低;隨著高度h的增加,整體氣含率逐漸降低,但是氣體的分布范圍越來越廣;圖4c為h=0.53m(即分布器)處氣含率的分布情況,此時(shí)氣體分布量較大,中心處氣體分布較多,距離壁面處氣體分布較少;由圖4d可知h=0.60m(分布器上方)時(shí),氣含率迅速降低,但整體分布均勻,分布器的分布作用顯著;對比圖4d、e可知,隨著高度h的增大,氣體又有向中心處匯聚的趨勢;由圖4f可以

7、看出,氣體在壁面處的分布比較理想,由于出口比較小,當(dāng)氣體與上端壁面相撞后,氣體改變方向向四周擴(kuò)散。羽習(xí)啊圖4不同高度氣含率的分布第42卷第5期化工機(jī)械6833.3速度矢量圖的結(jié)果分析U。=0.05m/s時(shí),氣、液表觀速度計(jì)算結(jié)果如圖5、6所示,由圖5、6町知,在分布器出口處,氣體和液體有返混現(xiàn)象,相比之下,氣體的返混現(xiàn)象比較弱,如圖5所示,在壁面附近處才出現(xiàn)氣體少量逆流現(xiàn)象,并且速度也特別??;如圖6所示,液體在分布器和出口處返混特別嚴(yán)重,從中心沿著直徑方向液體的表觀速度逐漸降低,呈開【J向下的拋物線狀.直至減小到0,然后又反向逐漸增加,

8、每醺赫鬻‘’?!痟恿:4攀粥,÷jilnm㈣圖573}Oe瑚'i獬e-ool3.679棚12:a,s3e舶1i≯窖1.挖6e-0010.000e+00C圖6整緣故、面:受體。畏i也速度矢4結(jié)論4.1當(dāng)氣體通

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