双列叶片式气体分布器分布性能及结构研究

论文摘要

本文利用计算流体动力学(CFD)方法,对工业上较为常见的双列叶片式气体分布器做了初步研究。模拟了在塔径6000 mm、进气口直径为1200 mm的实验塔内,气体经过双列叶片式气体分布器后的流场分布状况。并通过气体分布不均匀度M,以及分布器压降Δp对分布器的性能进行定量表征。通过对分布器的流场分析发现,在分布器内部远端部位通气量相对较小,其中心平面上存在气体的漩涡,在上下盖板处气体有回流现象,且由分布器近端第一组叶片处喷出的气体速度较小。此外通过分析气体质点的运动轨迹发现,靠近进气管壁的气体质点大多由分布器近端叶片间喷出,而进气管中心区域气体质点则由分布器远端流出,且流出后形成环向流动。本文还对分布器的适宜进气速度进行了讨论,发现较低的气速不利于气体均布,对于此次研究的分布器,当进气速度达到一定数值后,其对气体的均布作用达到稳定。针对发现的问题,本文通过改变分布器的结构尺寸来解决以上问题,优化分布器的性能。通过分析模拟数据发现,气体流过叶片会产生较大的压降。随着叶片数量的增加,气体分布不均匀度先减小而后增加,压降Δp不断增大。此外,叶片倾角、进气端直边长度以及进气口与分布器的间距过大或是过小对气量的均匀分布都是不利的。而且分布器张开角度过大也会影响气量的均匀分布。在本模拟条件下,当每列叶片数量为38片,倾角a为8°,叶片进气端长度b/L等于0.163,进气口与分布器间距为25 mm,且分布器张开角度e/E为0.175时,分布器的综合性能最好。为了验证使用FLUENT所得模拟结果的正确性与可靠性,本文对双列叶片式气体分布器进行了实验研究,并从气体分布不均匀度M和压降Δp两方面将模拟结果与实验结果进行对比。两种方法所得结果趋势基本相同,说明利用CFD方法对气体分布器进行研究对其工业应用有很好的指导参考意义。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 第一章 文献综述
• 1.1 气体初始分布对填料塔性能的影响
• 1.2 填料塔气体分布器
• 1.2.1 工业常见气体分布器结构及性能
• 1.2.2 气体分布器性能评价标准
• 1.3 气体分布器研究现状
• 1.4 计算流体动力学
• 1.4.1 计算流体动力学概述
• 1.4.2 计算流体动力学的工作步骤
• 1.4.3 计算流体动力学的优缺点
• 1.4.4 计算流体动力学常用软件介绍
• 1.4.5 计算流体动力学方法在气体分布器研究上的应用
• 1.5 本论文的研究意义及主要内容
• 第二章 计算流体动力学模型及解法
• 2.1 流体流动的基本控制方程
• 2.2 计算流体动力学求解方法
• 2.2.1 离散化概述
• 2.2.2 常用的离散化方法
• 2.3 流体计算模型
• 2.3.1 湍流模型概述
• 2.3.2 湍流的数值模拟方法
• 2.3.3 涡粘模型
• 2.3.4 在近壁区使用κ-ε模型
• 2.4 边界条件的应用
• 2.5 本章小结
• 第三章 双列叶片式气体分布器模型建立及流场分析
• 3.1 物理模型建立
• 3.2 网格划分
• 3.3 模拟计算
• 3.3.1 数学模型
• 3.3.2 边界条件及壁面函数
• 3.4 模拟计算结果分析
• 3.4.1 结果分析方法
• 3.4.2 流场分布分析
• 3.4.3 压力分布分析
• 3.4.4 气体分布效果分析
• 3.4.5 适宜进气速度分析
• 3.5 流体质点运动轨迹分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 双列叶片式气体分布器结构优化研究
• 4.1 叶片数量对分布器性能的影响
• 4.1.1 叶片数量对分布不均匀度的影响
• 4.1.2 叶片数量对压降的影响
• 4.2 叶片倾角对分布器性能的影响
• 4.2.1 叶片倾角对分布不均匀度的影响
• 4.2.2 叶片倾角对压降的影响
• 4.3 叶片进气端直边长度对分布器性能的影响
• 4.3.1 叶片进气端直边长度对分布不均匀度的影响
• 4.3.2 叶片进气端直边长度对压降的影响
• 4.4 进气口与气体分布器间距对分布器性能的影响
• 4.4.1 进气口与分布器间距对分布不均匀度的影响
• 4.4.2 进气口与分布器间距对压降的影响
• 4.5 气体分布器张开角度对分布器性能的影响
• 4.5.1 分布器张开角度对分布不均匀度的影响
• 4.5.2 分布器张开角度对压降的影响
• 4.6 本章小结
• 第五章 双列叶片式气体分布器实验研究及模拟结果验证
• 5.1 双列叶片式气体分布器实验研究
• 5.1.1 实验流程
• 5.1.2 主要实验设备
• 5.1.3 实验仪器仪表
• 5.1.4 实验步骤
• 5.2 模拟结果验证
• 5.2.1 计算模型的建立
• 5.2.2 实验值与模拟结果的对比
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 符号说明
• 致谢