規(guī)整填料特征單元內(nèi)流動(dòng)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(dòng)結(jié)構(gòu)對(duì)相關(guān)設(shè)備的運(yùn)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(dòng)情況的基礎(chǔ)研究文獻(xiàn)報(bào)道很少.因此對(duì)規(guī)整填料特征單元內(nèi)流體的流動(dòng)情況,及其混合能力進(jìn)行深入的研究具有重要的意義. 早期對(duì)規(guī)整填料內(nèi)流動(dòng)的研究集中在宏觀流動(dòng)分布方面,目前則集中在填料內(nèi)部及更小尺度的流動(dòng)描述上,而且采用CFD方法研究填料內(nèi)部的流動(dòng)成為一種趨勢(shì).本文針對(duì)Mellapak 3

2、50Y型規(guī)整料特征單元內(nèi)的流動(dòng)及混合現(xiàn)象,利用計(jì)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(dòng),并結(jié)合脈沖示蹤法對(duì)其混合行為進(jìn)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(jì)算流體力學(xué)模型,首先進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)量,建立了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置,在室溫下以甘油水溶液(65﹪,wt)為測(cè)試液體,利用激光多普勒測(cè)速儀(Laser Doppler Velocimeter,LD

3、V)測(cè)量不同雷諾數(shù)下規(guī)整填料單元內(nèi)的流場(chǎng)分布.利用該實(shí)驗(yàn)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(dòng).再利用該模型進(jìn)行多個(gè)特征單元的計(jì)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(dòng)參數(shù)下的軸向返混系數(shù).在流場(chǎng)模擬計(jì)算穩(wěn)定以后,在填料單元其中一個(gè)入口(inletl)處注入示蹤劑,使

4、用非穩(wěn)態(tài)計(jì)算模型計(jì)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(duì)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(gè)入口(inletl)處連續(xù)注入示蹤劑.計(jì)算其在單元內(nèi)的濃度分配,并分別在兩個(gè)出口處計(jì)算溶液中示蹤劑的濃度分率.計(jì)算結(jié)果表明不同物系在不同出