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基于CFD的规整填料塔流场分析

作　者: 周建军
导　师: 胡兆吉
学　校: 南昌大学
专　业: 流体机械及工程
关键词: 计算流体力学(CFD) 规整填料两相流压降格栅填料丝网填料流场分析
分类号: TQ053.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 112次
引　用: 1次
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内容摘要

为了能够更准确的了解格栅规整填料和丝网规整填料塔内的流场分布状况,以及通过分析流体流过填料片的压力降,进而来分析和预测填料塔的压力降,本文中利用计算流体力学软件FLUENT对格栅规整填料的流场分布和压降规律、金属丝网规整填料的流场分布和压力降进行了数值模拟和计算。在对格栅规整填料的流场和压力场分析过程中,采用湍流模型分析了单相流时五种长宽比的填料结构,在五种不同流速状况时的流场分布和压降规律。通过模拟结果可以看出,当流速不变时,填料层中压降的大小随着填料长宽比的增大而增大。当长宽比不变时,填料层中的压力降随着流体流速的增大而增大。说明格栅填料的结构特性对填料层的流场分布和压力降都有明显的影响。而且,在考虑填料压降时,不能忽略填料层中回流的影响,通过与传统的计算填料压降的公式比较发现,利用传统计算波纹板填料压降的公式计算格栅填料的压降,误差比较大,计算波纹板结构压降的公式并不适用于格栅填料。在分析金属丝网规整填料的过程中,采用了湍流模型和多孔介质模型,将金属丝网填料区域近似看作是多孔介质区来进行模拟。为了确切的了解金属丝网规整填料的结构变化,特别是金属丝网规整填料波距的变化对流动和传递性能的影响。在这里保持丝网波纹填料的波高不变,通过改变波距来分析相应的流场分布和压力场分布,从而得到流场、压力场和波距(波齿角)变化之间的关系。通过模拟结果可以发现当金属丝网规整填料的波高保持不变时,填料层内的压降规律是一个抛物线型的变化。在某一个特定的波齿角时压降具有最小值,这说明在丝网规整填料的设计优化时,可以考虑改变波齿角的大小以便具有优良的传递性能。而且与相关的结论比较发现,本文的结果与理论分析基本符合。利用计算流体力学软件进行填料的分析和优化设计,不需要进行大量的实验操作和大量实验数据的测量,只要输入相关的物性参数和结构参数即可。因此,为大型填料塔和规整填料的分析和优化提供了一种参考和依据。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第1章绪论  9-23
  1.1 引言  9-10
  1.2 填料塔研究现状  10-12
  1.3 流体分布模型的研究现状  12-18
    1.3.1 扩散模型  12-13
    1.3.2 静态混合器模型  13
    1.3.3 节点网络模型  13-14
    1.3.4 单元网格模型  14-15
    1.3.5 计算流体力学(CFD)模型  15-18
  1.4 填料表面液膜流动研究的现状  18-22
    1.4.1 液膜流动的理论研究  19-20
    1.4.2 液膜流动的数值模拟方法  20-21
    1.4.3 液膜流动的实验测试方法  21-22
  1.5 本章小结  22-23
第2章计算流体力学模型及数值方法  23-38
  2.1 引言  23-24
  2.2 湍流模型概述  24-36
    2.2.1 本构方程  24-25
    2.2.2 湍流模型  25-30
    2.2.3 多孔介质模型  30-31
    2.2.4 多相流模型  31-33
    2.2.5 模型的求解及数值算法  33-36
  2.3 计算流体力学软件介绍  36-37
  2.4 本章小结  37-38
第3章格栅填料压降的CFD分析及流场模拟  38-61
  3.1 引言  38
  3.2 单相流时的压降和流场分析  38-52
    3.2.1 物理模型  38-39
    3.2.2 数学模型的建立  39-41
    3.2.3 边界条件  41-42
    3.2.4 网格划分及数值求算方法  42-44
    3.2.5 计算模拟  44-45
    3.2.6 模拟结果与讨论  45-51
    3.2.7 不同结构下气速与压降的变化曲线图  51
    3.2.8 小结  51-52
  3.3 两相流动时的流场分布  52-60
    3.3.1 物理模型  52-53
    3.3.2 数学模型  53-55
    3.3.3 边界条件的设置  55-57
    3.3.4 网格划分及数值求解方法  57-58
    3.3.5 结果分析与讨论  58-59
    3.3.6 模型验证  59-60
  3.4 本章小结  60-61
第4章波纹丝网填料的压降分析及流场模拟  61-73
  4.1 引言  61
  4.2 物理模型  61-62
  4.3 数学模型  62-64
  4.4 边界条件  64-65
    4.4.1 入口边界条件  64
    4.4.2 出口边界条件  64
    4.4.3 对称边界条件  64
    4.4.4 壁面边界条件  64-65
    4.4.5 多孔区域设置  65
  4.5 网格划分及数值求算方法  65-66
    4.5.1 网格划分  65-66
    4.5.2 求解设定  66
  4.6 模拟结果分析  66-71
  4.7 丝网填料的波距与压降关系图  71-72
  4.8 本章小结  72-73
第5章全文总结与展望  73-75
  5.1 主要成果  73
  5.2 展望  73-75
致谢  75-76
参考文献  76-78
攻读学位期间的研究成果  78

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