發(fā)布時(shí)間：2020-08-04 15:12

【摘要】：粒子填料床廣泛應(yīng)用于化工、冶金、農(nóng)業(yè)等諸多領(lǐng)域,研究其中的流體動(dòng)力學(xué)特性可以為填料床使用中出現(xiàn)的問(wèn)題提供解決方案,并為填料床設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造提供理論基礎(chǔ)。本文利用計(jì)算流體力學(xué)軟件FLUENT,對(duì)球形粒子填料床內(nèi)的單相流體流動(dòng)進(jìn)行了模擬,主要工作及結(jié)論如下:首先,建立了球形粒子填料床的二維模型,對(duì)于填料床中的流動(dòng)特性進(jìn)行了模擬,分析了粒子間隙大小、進(jìn)口速度及粒子排布方式三個(gè)因素對(duì)于流動(dòng)的影響,結(jié)論包括:壓力在軸向上呈遞減分布,壓降、流速和渦流情況與粒子間隙大小成反比;壓降和出口速度與進(jìn)口速度大小成正比;三角形排布時(shí),管壁附近的區(qū)域流速較大,相較于四邊形排布,三角形排布的壓降更大,但流動(dòng)更加均衡,渦流情況較弱。其次,對(duì)帶有擴(kuò)徑區(qū)和凹陷區(qū)的球形粒子填料床的二維模型進(jìn)行了模擬,兩類填料床的壓力分布與正常管柱的填料床相同,都是在軸向上壓力大小遞減,徑向上大小相等;進(jìn)出口壓降則由于變徑區(qū)的存在而增大,帶擴(kuò)徑區(qū)時(shí)壓降增大的幅度在10%左右,帶凹陷區(qū)時(shí)壓降增大的幅度超過(guò)10%;擴(kuò)徑段內(nèi)的流動(dòng)速度則由于流動(dòng)區(qū)域的增加相對(duì)減小,渦流情況也相應(yīng)減弱;隨著擴(kuò)徑區(qū)直徑d_(ex)的增大,壓降先增大后減小;凹陷段內(nèi)的流動(dòng)速度因?yàn)榱鲃?dòng)通道尺寸的減小而增大,相應(yīng)的渦流情況也更加嚴(yán)重;壓降隨著凹陷區(qū)直徑增大而增大。最后,對(duì)直徑比D/d在1~3之間的幾種填料床的三維模型進(jìn)行了模擬,分析了填料床孔隙率與直徑比的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)直徑比D/d2時(shí),得到的孔隙率與直徑比成正比,直徑比D/d=2.3時(shí),孔隙率的大小受到粒子填充方式的影響,三種填充方式對(duì)應(yīng)的孔隙率大小順序?yàn)?C)(A)(B);填料粒子與管壁之間的寬闊空隙構(gòu)成了流動(dòng)的主要通道,這些較大的空隙內(nèi),壓力和流速較大,渦流情況較弱,而填料粒子之間的間隙內(nèi)和粒子與管壁之間的狹窄空隙內(nèi),壓力和流速較小,渦流情況嚴(yán)重;直徑比D/d在1~3之間的填料床的壓降與Ergun~([47])方程偏差很大,不能用Ergun~([47])方程來(lái)預(yù)測(cè)壓降;根據(jù)壓降數(shù)據(jù)得到的修正方程與計(jì)算結(jié)果基本吻合,與文獻(xiàn)方程偏差不超過(guò)5%,因此可以來(lái)預(yù)測(cè)壓降。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O35;TQ051;TQ021.1
【圖文】：

由于粒子內(nèi)孔和外孔構(gòu)成的流動(dòng)通道的復(fù)雜性，填料床中流體呈現(xiàn)出相當(dāng)?shù)膹?fù)雜性。Giddings[8]詳細(xì)地研究了粒子填料床中影響動(dòng)形態(tài)，并進(jìn)行了詳細(xì)的分類，如圖 1-2 所示：（1）跨通道流動(dòng)（tranution）源自于粒子間每一個(gè)單獨(dú)通道內(nèi)的軸向速度分布，雖然填料道有更加復(fù)雜的幾何形態(tài)和流動(dòng)速度分布，但這種流動(dòng)形式和在圓根-泊肅葉（Hagen-Poiseuille）流動(dòng)形態(tài)非常類似；（2）短程通道ort-range interchannel contribution）是由于在松散填料區(qū)域中存在的；（3）局部堆積密度波動(dòng)造成緊湊的粒子間穿插著堆積松散的區(qū)域的通道內(nèi)的流動(dòng)（long-range interchannel contribution）；（4）柱內(nèi)也就是在管柱中心和管壁之間的流動(dòng)相速度系統(tǒng)變化的存在導(dǎo)致了anscolumn contribution）；Giddings[8]也提出了第五種形態(tài)，即在多孔引起速度偏差的跨粒子流動(dòng)（transparticle contribution）。流動(dòng)相對(duì)部的孔擴(kuò)散影響非常小，粒子內(nèi)孔中的流動(dòng)相速度接近為零，流動(dòng)擴(kuò)散穿過(guò)或者離開(kāi)粒子[16]。

圖 1-2 對(duì)于渦流擴(kuò)散有影響的不同流動(dòng)形態(tài)的分類[8]Fig. 1-2 Definitions, locations, and scales of the different velocityinhomogeneities contributing to eddy dispersion according to Giddings料床內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)的表征是多孔介質(zhì)領(lǐng)域里一個(gè)非常重要的研究課題于表征孔結(jié)構(gòu)的常規(guī)方法有壓汞法、氮吸附法和 X射線小角度衍射規(guī)方法都一定的缺點(diǎn)，比如存在一定的破壞性，而且使用不太方便z 小組[20-22]工作的基礎(chǔ)之上，Guan[23-25]等利用反向尺寸排阻Inverse Size-Exclusion Chromatography)測(cè)定了幾種 C18 反相填充色布，并與上述幾種常規(guī)方法的結(jié)果比較，發(fā)現(xiàn)反向尺寸排阻色譜法，使用更加方便，得到結(jié)果更加快速，是更有效的測(cè)定孔隙結(jié)構(gòu)的，掃描電鏡、透射電鏡等分析微觀結(jié)構(gòu)的檢測(cè)方法被用來(lái)表征填料，達(dá)到了很好的效果，使填料的制備技術(shù)及表征得到了很大的發(fā)展2 孔隙率

天津大學(xué)碩士學(xué)位論文模型分析時(shí)也將填料粒子看作內(nèi)部沒(méi)有孔隙的實(shí)心剛裝填料（bulk packing）即直徑比較大、邊界影響非常的徑向孔隙分布呈現(xiàn)震動(dòng)形式，且靠近管壁的地方振動(dòng)幅度隨著離管壁的距離的增大而減小，如圖 1-3[4 D/d<3 時(shí)，孔隙的徑向分布與上述的大直徑比填料料床內(nèi)的填料粒子以一種非常有序的方式排列，填料[31-32]。而當(dāng)直徑比 2<D/d<3 時(shí)，Guo 等[33]和 Theue型分析發(fā)現(xiàn)，細(xì)長(zhǎng)填料床徑向上的孔隙最大值在圓柱比 2<D/d<3 時(shí)，填料床中，沿著管柱的中心線存在著通道。當(dāng) D/d>3 時(shí)，隨著 D/d 的增大，填料粒子填充直徑比相同，孔隙率值也不同，因此 D/d>3 時(shí)，還沒(méi)關(guān)系方程被報(bào)道。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

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本文編號(hào)：2780723