【摘要】：作為一種新型塔板,立體傳質(zhì)塔板(CTST)的帽罩結(jié)構(gòu)為獨(dú)特的梯形立體結(jié)構(gòu),改變了傳統(tǒng)塔板以板上液層為主要傳質(zhì)區(qū)域的平面型模式,將氣液傳質(zhì)區(qū)域拓展至塔板立體空間,達(dá)到了大幅擴(kuò)能增效、節(jié)能降耗的效果,在工業(yè)應(yīng)用上取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。已有研究者對立體傳質(zhì)塔板(CTST)的帽罩內(nèi)兩相流動的不同特征進(jìn)行了建模和模擬計算,并且獲得了其液膜流動特征和液滴分布規(guī)律,但是沒有對罩外空間氣液兩相流動進(jìn)行研究,因此,本文在此基礎(chǔ)上對立體傳質(zhì)塔板(CTST)帽罩外空間的氣相分布和液滴粒度分布進(jìn)行了研究,為塔板的進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化奠定基礎(chǔ),提供了理論依據(jù)。本文建立了立體傳質(zhì)塔板(CTST)罩外空間流場氣相分布和液滴粒度分布的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)流場中離散液滴被氣體夾帶的情況,模型采用顆粒軌道模型來進(jìn)行模擬;同時考慮了氣體對液體的作用力、液滴自重以及虛擬質(zhì)量力;對液滴的湍流擴(kuò)散采用隨機(jī)軌道模型進(jìn)行計算。建立的數(shù)學(xué)模型有以下幾個特點(diǎn):①對立體傳質(zhì)塔板(CTST)罩外空間的氣相分布和液滴粒度分布情況作了詳細(xì)的分析,建立了能夠準(zhǔn)確描述罩外氣相分布和液滴粒度分布的數(shù)學(xué)模型;②由于立體傳質(zhì)塔板(CTST)噴射罩的特殊結(jié)構(gòu),罩外的氣相分布的模型的封閉采用了RNG k-ε湍流模型,罩外空間的液滴分布采用了隨機(jī)軌道模型進(jìn)行模擬計算,這種模型的建立更加準(zhǔn)確的描述了罩外的流動情況;③對于液滴的粒度分布考慮了液滴的碰撞、破碎和聚并,以使模擬結(jié)果更能準(zhǔn)確描述液滴的狀態(tài);④對常用的數(shù)值計算方法進(jìn)行分析,最終確定求解控制方程的基本方法為有限容積法,差分格式選用二階迎風(fēng)格式,速度-壓強(qiáng)關(guān)聯(lián)算法采用SIMPLE算法。對立體傳質(zhì)塔板(CTST)罩外空間氣、液相流場進(jìn)行了實驗研究。通過熱膜測速儀測量系統(tǒng)和高速攝像技術(shù)對立體傳質(zhì)塔板(CTST)罩外流場氣相速度分布和液滴粒度分布進(jìn)行了實驗研究,對CTST的噴射孔氣速、液體流量、噴射錐角、液滴分布密度、液滴速度分布密度以及液膜速度等噴射性能進(jìn)行了研究。對實驗結(jié)果進(jìn)行了分析,得出了噴射孔氣速隨板孔動能因子的變化規(guī)律及液滴的速度分布的高低兩個區(qū)間,即[5°,20°]和[40°,50°]。利用計算流體力學(xué)Fluent軟件對數(shù)學(xué)模型進(jìn)行數(shù)值模擬,得到了罩外空間氣相分布和液滴粒度的分布規(guī)律。在理論計算中,內(nèi)容涵蓋數(shù)值模擬各過程,包括計算選用的湍流模型、計算方法和差分格式等等,所建的模型很好地反映了氣相的流動情況。根據(jù)結(jié)果,對立體傳質(zhì)塔板(CTST)液滴粒度分布的影響因素可以歸納為:氣速、板上清液層高度、罩型以及液體的物性。另外對液滴粒徑分布的研究表明,在噴射工況下,直徑小于2mm的液滴占大多數(shù),而且液滴的粒度分布更合適于上限對數(shù)正態(tài)分布函數(shù)。最后對實驗研究結(jié)果與模型計算結(jié)果進(jìn)行了比較。結(jié)果表明,通過實驗得出的立體傳質(zhì)塔板(CTST)罩外空間氣體流動狀況的實驗值與理論值是相一致的,證明了理論模型的正確性。通過對立體傳質(zhì)塔板(CTST)相關(guān)噴射性能的研究,得出噴射孔氣速隨板孔動能因子的變化規(guī)律,并得出影響液膜速度的主要因素為噴射孔氣速和液膜在噴射孔上的位置的結(jié)論。
[Abstract]:As a new type of tower plate, the cap cover structure of CTST is a unique trapezoid structure, which changes the plane pattern of the traditional tray with the liquid layer on the plate as the main mass transfer area. It extends the gas and liquid mass transfer area to the tray stereoscopic space, and achieves the effect of large capacity expansion and efficiency, energy saving and consumption reduction, and obtained the industrial application. Good economic benefits. The researchers have modeled and simulated the different characteristics of the two phase flow in the cap cap of the stereoscopic mass transfer tray (CTST), and obtained the characteristics of the liquid film flow and the distribution law of the droplets, but there is no research on the gas-liquid two-phase flow in the outer space. Therefore, this paper is based on the three-dimensional mass transfer tray. The gas phase distribution and droplet size distribution in the outer space of (CTST) cap are studied. It provides a theoretical basis for further improvement and optimization of the tray. In this paper, a mathematical model of gas phase distribution and droplet size distribution in the outer space flow field of a stereoscopic mass transfer tray (CTST) cover is established. In addition, the model is simulated with a particle orbit model. At the same time, the force of the liquid, the weight of the droplet and the virtual mass force are considered, and the random orbit model is used to calculate the turbulent diffusion of the droplets. The mathematical models have the following several characteristics: (1) the gas phase distribution and droplets of the outer space of the stereoscopic mass transfer tray (CTST) cover The particle size distribution is analyzed in detail. A mathematical model is established to accurately describe the distribution of gas phase and droplet size. (2) the RNG k- e turbulence model is adopted because of the special structure of the solid mass transfer tray (CTST) jet cover, and the droplet distribution in the outer space uses random orbits. The model is simulated. The establishment of the model is more accurate to describe the flow situation outside the cover. Thirdly, the particle size distribution of the droplets is considered for the droplet collision, breakage and aggregation, so that the simulation results can describe the state of the droplet more accurately. The method is the finite volume method, the difference scheme is two order upwind scheme, and the velocity pressure correlation algorithm uses the SIMPLE algorithm. The liquid phase flow field of the three-dimensional mass transfer tray (CTST) cover is experimentally studied. The gas phase velocity distribution in the outer flow field of the solid mass transfer tray (CTST) cover is measured by the thermal film velocimeter measurement system and the high-speed camera technology. The particle size distribution of the droplet was experimentally studied. The jet gas velocity, liquid flow rate, jet cone angle, droplet distribution density, droplet velocity distribution density and liquid film velocity were studied. The experimental results were analyzed. The change law of the velocity of the jet hole gas velocity with the plate hole kinetic energy factor and the velocity of the droplet were obtained. Two intervals of the height of the cloth, namely, [5, 20] and [40, 50 degrees. The mathematical model is simulated by the Fluent software of computational fluid dynamics, and the distribution of the gas phase distribution in the outer space and the distribution of the droplet size are obtained. In the theoretical calculation, the content covers the numerical simulation process, including the calculated turbulence model, the calculation method and the difference lattice. According to the results, the influence factors of the particle size distribution of the solid mass transfer tray (CTST) can be summed up as gas velocity, the height of the liquid layer, the cover type and the physical property of the liquid. In addition, the study of the droplet size distribution shows that the droplets with the diameter less than 2mm under the injection condition are shown. The size distribution of the droplets is more suitable for the upper bound logarithmic normal distribution function. Finally, the experimental results are compared with the model calculation results. The results show that the experimental values of the air flow in the outer space of the stereoscopic mass transfer tray (CTST) cover are in agreement with the theoretical values, and the theoretical model is proved. Correctness. Through the study of the related injection performance of the stereoscopic mass transfer tray (CTST), the change law of the gas velocity with the plate hole kinetic energy factor is obtained, and the main factors affecting the liquid film velocity are the conclusion of the gas velocity of the jet hole and the position of the liquid film on the jet hole.
【學(xué)位授予單位】：河北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ053.5

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本文編號：2166080