【摘 要】
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新型旋转泡沫洗涤器是在动力波技术的基础上开发的一种新型气液传质设备,可广泛应用于化工、冶金、医药等行业。与常规洗涤设备相比,其具有设备结构简单、气液流量弹性大、传质效率高、经济效益高等优点。但洗涤器内部气液湍动强、流场复杂,很难通过实验获得内部流场信息。运用CFD技术对其进行准确的模拟能有效降低所需实验工作、生产成本,并提高研发效率。同时,模拟结果还能对洗涤器的结构优化提供指导,具有十分重要的工程
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新型旋转泡沫洗涤器是在动力波技术的基础上开发的一种新型气液传质设备,可广泛应用于化工、冶金、医药等行业。与常规洗涤设备相比,其具有设备结构简单、气液流量弹性大、传质效率高、经济效益高等优点。但洗涤器内部气液湍动强、流场复杂,很难通过实验获得内部流场信息。运用CFD技术对其进行准确的模拟能有效降低所需实验工作、生产成本,并提高研发效率。同时,模拟结果还能对洗涤器的结构优化提供指导,具有十分重要的工程意义和经济价值。本文运用CFD软件对新型旋转泡沫洗涤器内部流场进行数值模拟。建立了气液多相流传质以及传热与蒸发模型,并通过欧拉多相流模型对新设计的洗涤管与喷嘴分别进行计算,研究不同结构对流场分布的影响。为新型旋转泡沫的放大与结构优化提供理论计算模型,为其工业应用提供依据。首先,运用Realizable k-ε湍流模型与欧拉多相流模型对新型旋转泡沫洗涤器内气液多相流进行CFD模拟。先根据设备几何参数建立三维物理模型,对模型进行网格划分与无关性验证,网格数量在35万可达到计算要求。将网格导入CFD软件进行计算,得到喷射高度与实验值的误差小于10%,验证了仿真模型的准确性。其次,通过流场内部分布与流动状况,将洗涤管内分成气液对撞、气液逆流、气液沉降三个传质区,发现在气液对撞传质区的有轴向速度小、水平速度大等特点。最后,对不同操作参数模拟结果中气含率分布情况进行分析,在液气比0.0101~0.0162时有较好的传质效果。其次,在多相流的基础上,加入传热(Ranz-Marshall)和蒸发(Lee)模型对新型旋转泡沫洗涤器内气液多相流的传热与蒸发进行CFD模拟。在冷空气对水的降温实验中,发现水蒸发为能量消耗的主要部分。并通过CFD软件计算,使用水的蒸发量与实验值进行比较误差小于10%,验证了换热与蒸发模型的可靠性。根据相转化速率云图,发现在气液对撞与气液逆流区附近有较大的转化速率。最后,对不同操作参数模拟,入口水温是相转化速率的主要影响因素,并对不同操作条件出口空气温度进行预测。最后,利用多相流模型对改变结构的洗涤管与喷嘴进行计算。先对洗涤管形状进行改变,将一部分替换成双曲线型后模拟,发现气液对撞区的湍动能加强。在双曲线型在上端时,能增大气液对撞区气相水平速度,促进气液间的混合。最后,对喷嘴内部结构进行改变,降低入口所需压力,但喷嘴的雾化性能降低。
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