規(guī)整填料特征單元內(nèi)流動與混合過程的CFD研究.pdf

1、規(guī)整填料在反應(yīng),分離及混合等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,填料內(nèi)部流體的流動結(jié)構(gòu)對相關(guān)設(shè)備的運行效率,如傳質(zhì)效率和混合效率等有重要的影響,但規(guī)整填料內(nèi)流體流動情況的基礎(chǔ)研究文獻報道很少.因此對規(guī)整填料特征單元內(nèi)流體的流動情況,及其混合能力進行深入的研究具有重要的意義. 早期對規(guī)整填料內(nèi)流動的研究集中在宏觀流動分布方面,目前則集中在填料內(nèi)部及更小尺度的流動描述上,而且采用CFD方法研究填料內(nèi)部的流動成為一種趨勢.本文針對Mellapak 3

2、50Y型規(guī)整料特征單元內(nèi)的流動及混合現(xiàn)象,利用計算流體力學(xué)(CompLltational Dynamics Fluid,CFD)的方法模擬了單元內(nèi)的液相單相流流動,并結(jié)合脈沖示蹤法對其混合行為進行了研究,考察了特征單元在不同流速下的返混系數(shù).為選取合適的計算流體力學(xué)模型,首先進行了實驗測量,建立了相應(yīng)的實驗裝置,在室溫下以甘油水溶液(65﹪,wt)為測試液體,利用激光多普勒測速儀(Laser Doppler Velocimeter,LD

3、V)測量不同雷諾數(shù)下規(guī)整填料單元內(nèi)的流場分布.利用該實驗結(jié)果表明RNG(Renormalization group)k-e模型最適合描述規(guī)整填料內(nèi)流體的流動.再利用該模型進行多個特征單元的計算模擬,發(fā)現(xiàn)有良好的重復(fù)性,說明特征單元的選取是合理的. 為了定量地研究流體在規(guī)整填料內(nèi)的返混現(xiàn)象,利用選取的RNG k-e模型研究了不同流動參數(shù)下的軸向返混系數(shù).在流場模擬計算穩(wěn)定以后,在填料單元其中一個入口(inletl)處注入示蹤劑,使

4、用非穩(wěn)態(tài)計算模型計算NaCl示蹤劑在填料單元內(nèi)的傳遞過程,得出單元出口處示蹤劑的RTD曲線,利用RTD曲線求得返混系數(shù),結(jié)果發(fā)現(xiàn)表觀液速對軸向返混系數(shù)影響較大,并隨著表觀液速的增大而增大,而且流體在不同出口的軸向返混系數(shù)基本一致.另外為了更好地了解在填料單元內(nèi)不同出口的濃度分配情況,在填料單元其中一個入口(inletl)處連續(xù)注入示蹤劑.計算其在單元內(nèi)的濃度分配,并分別在兩個出口處計算溶液中示蹤劑的濃度分率.計算結(jié)果表明不同物系在不同出