列管内构件对鼓泡塔流动发展的影响研究

【摘要】鼓泡塔反应器因其具有良好的传热传质性能、操作简单、建造及操作成本低等优点,被广泛应用于石油化工、煤化工、环保和冶金等领域。鼓泡塔内流动区域的划分及其发展条件属于反应器开发中最基本的问题,对于无列管的空塔流动情况,国内外已经开展了大量研究,将塔内从下到上依次划分为分布器影响区、充分发展区、气液分离区,给出了各区大小与存在判据。但对于塔内安装密集列管内构件的情况,目前还没有流动区域划分及流动发展的研究报道。本文率先在Φ500×4000mm的大型冷模实验装置内考察了列管束内构件对鼓泡塔区域划分与流动发展的影响,测定了塔内流动参数分布,采用计算流体力学(CFD)方法进行了流场模拟,从实验与理论两个方面阐明了列管内构件的存在对塔内流动发展的影响,为气液鼓泡塔流体力学提供了新的内容。本文首先以空气-水为工作体系,分别采用电导探针和Pavlov管测量了有、无列管的鼓泡塔内不同轴向高度的气含率和液体流速径向分布。实验表明,在安装密集列管的鼓泡塔内也存在着充分发展段。与空塔不同的是,列管束的存在使分布器影响区显著延长,从空塔的约两倍塔径高度增至约四倍塔径高度,在本文冷模装置中占据塔体积的50%以上,充分发展段不再占据鼓泡塔的主要部分。而当液位高度足够高时,列管塔内流动仍可以充分发展,在充分发展段内气含率和液体速度径向分布较空塔变得更为陡峭。在本文实验条件下,高径比或液位高度对流动发展没有明显的影响,分布器影响区大小不变。随后,在实验基础上对列管塔进行了流体力学建模与CFD模拟,将列管内构件的作用分别考虑为动量体积源项、动能体积源项与耗散体积源项,加入到相关的动量方程和k-ε方程中。模拟计算的气含率和液体速度与实验结果符合良好,能够解释列管束对鼓泡塔流动发展产生的影响。
【作者】赵远方；
【导师】李希；
【作者基本信息】浙江大学，化学工程，2014，硕士
【关键词】鼓泡塔；分布器影响区；充分发展段；列管束内构件；CFD；

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