槽式液體分布器孔口流動特性的研究.pdf

1、 槽式液體分布器孔口流動特性的研究 槽式液體分布器孔口流動特性的研究 Investigation of Outflow through Orifices of Trough-type Liquid Distributor 一級學科：化學工程與技術(shù) 學科專業(yè)：化學工程 研 究 生：于洪鋒 指導教師：李鑫鋼教授 天津大學化工學院 二零一一年十二月 摘 要 液體分布器可以為填料提供均勻的液體分布，進而提高填料塔的分離效率。所以，液體分布器是

2、填料塔內(nèi)極為關鍵的部件。因此，在本文中，借助實驗和計算流體力學兩種方法，對槽式液體分布器的孔口出流特性進行研究。 本文首先對液體分布器的單孔流動進行實驗研究。 研究結(jié)果表明， 孔板厚度一定時，孔流系數(shù)的值隨著孔口直徑的增加逐漸減少。當孔口直徑比較小時，孔流系數(shù)的值隨孔徑增加變化比較劇烈； 而當孔口直徑比較大時， 尤其是孔口直徑大于 10mm 后，孔流系數(shù)的值隨孔徑增加變化趨于平緩。當孔口直徑相同時，孔流系數(shù)在一定液位高度范圍內(nèi)隨著孔板厚

3、度的增加而增大。 依照板厚孔徑比的不同，可以把孔口分成厚壁孔和薄壁孔，兩種孔口的孔流系數(shù)變化規(guī)律有所不同。研究結(jié)果還表明，在其它條件相同時，沖孔的孔流系數(shù)要大于鉆孔的孔流系數(shù)，當孔口直徑比較小時， 沖孔的孔流系數(shù)與鉆孔的孔流系數(shù)差距比較大， 隨著孔口直徑的增加， 兩者之間的差距逐漸縮小。 由于孔口位置對孔流系數(shù)基本沒有影響，因此側(cè)開孔的孔板經(jīng)實驗研究而歸納得到的關于孔流系數(shù)與孔口尺寸和加工方式的變化規(guī)律，也適用于底開孔的孔口。 接下來，

4、 本文利用高湍流雷諾數(shù) CFD 模型和低湍流雷諾數(shù) CFD 模型分別對孔徑 4mm 板厚 2mm 和孔徑 8mm 板厚 2mm 的孔口的孔流系數(shù)進行計算。計算結(jié)果表明， 高湍流雷諾數(shù) CFD 模型的模擬值比低湍流雷諾數(shù) CFD 模型的模擬值更接近實驗值，因此，高湍流雷諾數(shù) CFD 模型更適合計算孔徑較小時孔口的孔流系數(shù)。而對于孔壁網(wǎng)格加密的低湍流雷諾數(shù) CFD 模型，由于其在預測分離流方面的優(yōu)勢，因此應用于計算孔徑較大的孔口的孔流系數(shù)。

5、 本文還對槽式液體分布器中槽內(nèi)流動對孔口流動的影響進行研究。 在對槽內(nèi)橫向流動如何影響孔口出流的研究中， 本文首次提出了孔前流動區(qū)繞流的概念來解釋槽內(nèi)橫向流動對孔口出流的影響， 并在此基礎上， 對不同液位下槽內(nèi)橫向流速與孔流系數(shù)的關系進行了研究。 在對進口處縱向流動如何影響孔口出流的研究中， 依然運用孔前流動區(qū)繞流的概念以及進口縱向流動的特性來研究和解釋進口處縱向流速與孔流系數(shù)的關系。 基于以上的分析， 本文提出了兩種槽式液體分布器的結(jié)