旋流板塔内气相流场的速度及压降的数值模拟
大型筛板塔上两相湍流的数值模拟
第31卷第1期2004年北京化工大学学报JOURNAL OF BEI J IN G UN IV ERSIT Y OF CHEMICAL TECHNOLO GYVol.31,No.12004大型筛板塔上两相湍流的数值模拟郭英锋 刘 辉3 陈标华 李成岳(北京化工大学可控化学反应科学与技术基础教育部重点实验室,北京 100029)摘 要:运用CFD 数值模拟方法,建立了大型筛板塔塔板上气液两相流双流体模型,数值求解了三维速度场分布。
文中应用κ2ε模型封闭雷诺方程,构成了二方程湍流模型,附加关系采用了修正GRACE 相间曳力模型。
CFD 模拟结果与实验值进行了对比,真实地反映了塔板上三维混乱的流体力学特性,并揭示了液相的回流现象。
关键词:CFD ;筛板塔;双流体模型;速度场;湍流模型中图分类号:TQ05313收稿日期:2003204228基金项目:国家“973”计划资助项目(G 2000048006)第一作者:男,1977年生,硕士生3通讯联系人E 2mail :hiu @引 言气液接触设备广泛地应用于工业生产中,筛板塔因其结构相对简单,操作费用低及热传递性好等特点,一直受到人们的关注。
对于筛板塔的研究,主要是考察操作参数(气液流量)、塔板的几何结构(直径、堰高、堰长、开孔半径、开孔率和鼓泡面积等)与塔板上气液两相的流体力学特性以及塔板效率的相互关系。
为此,国内外已进行了大量的塔板流场实验测定工作[122]。
近年来,用CFD 模拟筛板塔上的流体力学性能是一个新的发展方向。
Mehta 等人[3]利用求解连续相2液相的时均质量和动量方程,分析了塔板上液相的流体流型,对于气相分散的影响,只在动量方程加上经验关联系数。
Yu 等[4]应用单相流的湍流理论,模拟了两相流在二维方向的流动,主要描述是液相流动特性,在模型中只计入气相穿过塔板对液相流动产生的阻力,并未涉及气液两相复杂的相互作用。
Fischar 和Quarini [5]模拟过气液两相的三维流动状况,他们假定相间曳力因数为一常数0144。
旋风分离器内流场特征的数值模拟
旋风分离器内流场特征的数值模拟田秀山;张宏伟【摘要】为了优化旋风分离器结构和操作条件,采用数值方法分析了旋风分离器进口速度变化对其内流场特征的影响.计算模型为直段直径300 mm的旋风分离器,常温常压下进口空气速度范围为15~30 m/s,模拟结果与文献数据吻合良好.分析可知分离器压降主要由排气管口、排气管内和排尘管口等部位的高湍动能损失组成.一定轴向距离上,不同进口速度时的切向速度分布和轴向速度分布分别具有相似性特征.切向速度最大值和最小值的径向位置在r≈0.6R1和r≈0处.轴向速度两种分布形态的过渡发生在轴向距离Z≈-500 mm处.进入分离器气体的运动轨迹和停留时间与气体在进气管的进入位置和气体速度相关.基于上述研究结果,可对旋风分离器进行定性或定量的优化设计,并为分析旋风分离器多相流的流场特征和分离特征奠定了基础.【期刊名称】《浙江电力》【年(卷),期】2017(036)011【总页数】7页(P23-29)【关键词】旋风分离器;压降;速度分布;流线;数值模拟【作者】田秀山;张宏伟【作者单位】浙江浙能技术研究院有限公司,杭州 310013;浙江浙能技术研究院有限公司,杭州 310013【正文语种】中文【中图分类】TM621在众多多相分离设备中，旋风分离器具有结构简单、成本低廉、操作方便和分离效率高等诸多优势。
因此该设备在化工[1]、电力[2-4]、环保[5]等领域的气-粒混合物分离中被广泛应用。
旋风分离器虽然结构简单，但其内部流场却具有强旋流动、多相混合、高度湍动的复杂特性，其流场特征、压降特性和分离效率不仅受操作条件的影响，而且与分离器结构尺寸紧密相关，因此较多研究者对该设备进行了研究。
Kaya等[6]、曹晴云等[7]和陈雪莉等[8]对旋风分离器内速度分布特征进行了研究。
Karagoz等[9]、Hoffmann等[10]和王德耕[11]对分离器内局部和整体的压降特征进行了分析。
Zhao等[12]、李丹等[13]及吴小林等[14]分析了分离器内的多相分离特征。
旋流板塔压降
旋流板塔压降旋流板塔是一种常见的分离设备，广泛应用于石化、化工等领域的气液两相分离过程中。
它以其高效、低能耗等优点受到了广大工程师的喜爱。
旋流板塔压降是指在旋流板塔内，气液两相经过塔板时所产生的压力损失。
压降是旋流板塔正常运行的重要参数之一，对于保证分离效果、提高设备效率至关重要。
旋流板塔压降的大小受到诸多因素的影响，首先是气液流体的性质。
气液的流速、黏度、密度等参数都会对压降产生影响。
通常来说，气体的流速越大，压降就会越大；而液体的黏度和密度越大，压降也会越大。
其次，旋流板塔的设计参数也会对压降产生重要影响。
塔板的孔板开孔直径、板间距、板孔布置方式等都会对压降产生直接影响。
合理的设计参数能够降低压降，提高设备的效率。
此外，塔板的清洁程度也会对压降产生影响。
随着使用时间的增长，塔板上会积聚一定的污垢，使得通道变窄，流体通过时会受到更大的摩擦力，从而增加压降。
因此，定期对旋流板塔进行清洗和维护是降低压降的有效手段。
为了降低旋流板塔的压降，工程师可以采取以下几种措施。
首先，合理选择气液流体的工作参数，根据具体情况调整流速、黏度、密度等参数，以减小压降。
其次，优化塔板的设计参数，如增加孔板开孔直径、调整板间距等，以降低流体通过时的阻力。
最后，定期对旋流板塔进行清洗和维护，保持塔板的清洁度，减少污垢的积聚，从而降低压降。
总之，旋流板塔压降是影响设备性能的重要因素之一。
工程师们在设计和运行过程中，需要充分考虑各种因素的影响，采取相应的措施来降低压降，提高设备的效率。
只有这样，才能确保旋流板塔在气液两相分离过程中发挥出最佳的分离效果。
新型径向叶片式旋转床压降分析及气相流场模拟
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2018年第37卷第6期·2084·化 工 进展新型径向叶片式旋转床压降分析及气相流场模拟陆佳冬，王广全，唐迪，耿康生，郑斌，计建炳（浙江工业大学化学工程学院，浙江省生物燃料利用技术研究重点实验室，浙江 杭州 310014）摘要：针对折流式旋转床压降高、能耗大的问题，提出了一种新型超重力旋转床设备——径向叶片式旋转床。
首先，对该旋转床的压降进行了理论分析和建模，并利用水-空气体系进行了实验研究。
通过改变气量、转速和液量探究了新型径向叶片式旋转床压降的变化规律，结果表明压降随气量、转速和液量的增加而增加，且随着气量和转速的增加，液量对压降的贡献逐渐减小。
压降模型的预测值与实验数据的相对偏差基本在10%以内，表明模型可以较好地预测新型径向叶片式旋转床的压降。
另外，通过计算流体力学（CFD ）软件的模拟获得了旋转床内气相流场和压力分布的结果，发现转子内压降是总压降的主要部分；气体进入转子后会因叶片作用使得周向速度变大，并在转子外缘处达到最大值；气体的进口流速将会影响旋转床内的气相分布。
利用实验数据对CFD 模拟结果进行了验证，两者的相对偏差在10%左右。
关键词：径向叶片式旋转床；压降；模型；气相流场；计算流体力学；模拟中图分类号：TQ051.1 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2018）06–2084–08 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1703Analysis of pressure drop and simulation of gas flow field of new rotatingbed with radial bladesLU Jiadong ，WANG Guangquan ，TANG Di ，GENG Kangsheng ，ZHENG Bin ，JI Jianbing（Zhejiang Province Key Laboratory of Biofuel ，College of Chemical Engineering ，Zhejiang University of Technology ，Hangzhou 310014，Zhejiang ，China ）Abstract ：A new kind of high-gravity device—the rotating bed with radial blades—has been developed to reduce the pressure drop and power consumption of rotating zigzag bed. Firstly ，the pressure drop of rotating bed with radial blades was theoretically analyzed ，and the model of pressure drop was established. Then experimental study was conducted using water-air system. The effects of several factors on pressure drop of the rotating bed were studied by changing the gas flow rate ，rotational speed and liquid flow rate. It showed that the pressure drop increased respectively with the increase of gas flow rate ，rotational speed and liquid flow rate. The contribution of liquid flow to pressure drop gradually decreases with the increase of gas flow rate and rotating speed. Compared with the experimental results ，the predicted values of the proposed model relatively deviate by less than 10%，which indicates that the model can properly predict pressure drop. Computational fluid dynamics （CFD ）simulation produced the gas flow field and pressure distribution of the rotating bed ，and it was found that the pressure drop inside the rotor is the main part of the total pressure drop. When the gas enters the rotor ，it was subjected to blades motion thus increasing the circumferential velocity ，which reaches the maximum at the outer edge of the rotor. Additionally ，the gas phase distribution would分离技术。
螺旋式旋风分离器气_固两相流的数值模拟
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用, 实验数据不易测量等因素 , 所以关于旋风分离 器的研究至今大多采用经验、 半经验方法. 本文旨在 借助 CFD 商业软件中的 F LU ENT 软件包, 对螺旋 式旋风分离器内部流场进行分析研究, 充分认识其 内部气、 固两相的分布特点, 为以后相关方面的科学 研究提供一定的理论借鉴 .
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引言
螺旋式旋风分离器是一种已被实验证实高效、 实用、 新颖的除尘设备 , 与传统旋风分离器相比具有 体积小、 高度低、 收尘效率高、 气流阻力低和分离能 力大等优点[ 1] . 因其对颗粒物的分离、 捕集过程是一 复杂的三维、 二相湍流运动 , 并涉及到气- 固相互作
应用 [ J] . 自动化仪表 , 2004, 25( 5) : 13- 17. [ 2] [ 3] [ 4] [ 5] [ 6] 李发海 , 王 岩 . 电机与拖动基础 [ M ] . 北京 : 清华大 学 出版社 , 2005. 苏绍禹 . 风力发 电机设 计与运 行维 护 [ M ] . 北京 : 中 国 电力出版社 , 2002. 张国良 , 曾 静 , 柯 熙政 , 邓方 林 . 模糊 控制 及其 M at lab 应用 [ M ] . 西安 : 西安交通大学出版社 , 2002. 叶杭冶 . 风力发 电机组 的控制 技术 [ M ] . 北 京 : 机械 工 业出版社 , 2002. 姚 骏, 廖 勇 . 基 于全模糊控制器的交流励磁发电 机 励磁控制 系 统研 究 [ J] . 中 国 电 机工 程 学报 , 2007, 27 ( 33) : 36- 41. [ 7] 郭洪澈 , 郭庆鼎 . 模 糊控制在大型风力发电机并网控 制 中的应用 [ J] . 节能 , 2002, 12: 41- 43. 作者简介 : 高文元 ( 1949 - ) , 男 , 江苏无 锡人 , 高 级工程 师 ,
湍球塔气体流动的数值模拟
湍球塔气体流动的数值模拟0前言用湍球塔进行烟气脱硫，其脱硫效率在很大程度上取决于塔内发生的流体力学行为。
通过前一阶段的实验发现，空塔气速分布，支撑板、挡板、漩流板的压降及塔的总压降对湍球塔的高效连续运行有直接影响。
这些参数是湍球塔最基本的特性参数，反映出塔板结构的合理性及操作过程中所需消耗的能量[1，2]。
为减少实验次数并更详尽地了解湍球塔内气体流动状况，很有必要对湍球塔内的气体流动进行数值模拟。
1方法简介计算流体力学(简称CFD)是20世纪60年代伴随计算机技术迅速崛起的学科。
CFD的应用使实验次数减少，节省了大量资金和时间，并能解决某些由于实验技术所限难以进行测量的问题，它是研究各种流体现象，设计、操作和研究各种流动系统和流动过程的有利工具口“。
所以，尝试采用这种方法进行湍球塔内的气体流动模拟，分析塔内的气速分布及压力损失，为湍球塔的优化设计提供依据。
目前国外有很多发展成熟的商业CFD软件，这些软件一般包括3个主要部分：前处理器、解算器、后处理器。
现采用Fluent6．0进行计算，它的解算器采用完全的非结构化网格和控制体积法，适用于低速不可压流动、跨音速流动乃至可压缩性强的超音速和高超音速流动等各种复杂的流场，也完全适合于湍球塔内的气体流动模拟。
2几何建模与网格划分在Fluent中，求解区域是用网格分割成有限个控制体(ControlV olumes，CVs)。
同有限差分不同的是，网格为控制体积的边界，而不是计算节点。
为保证守恒，CVs必须是不重叠的。
因此网格生成质量对计算精度与稳定性影响极大，在几何形状复杂的区域上要生成好网格也是相当困难的。
现采用Gambit2．0进行几何建模与网格划分。
该软件包含全面的几何建模能力和功能强大的网格划分工具，可划分出包含边界层等CFD特殊要求的高质量的网格。
三维几何模型的建立及网格划分在整个模拟过程中是非常重要也是非常困难的一步。
图1为用Gambit2．0建立的湍球塔三维几何模型，基本上与实际实验装置在尺寸及结构上完全一致，仅湍球层塔板间距比实验装置中的间距要短些，实验装置中湍球层塔板间距为1．5 m，Gambit2．0建立的湍球塔几何模型中湍球层塔板间距为0．5 m。
旋流塔板的几何参数计算【范本模板】
旋流板塔的几何参数1. 旋流叶片外径W D 、盲板直径m D 、叶片数m 及叶片厚度δ旋流叶片外径W D 可从气体负荷所需的有效面积r A 或穿孔面积0A 计算.对给定的气流负荷，所需的0A 与其他塔板类似,可按穿孔动能因子0F 计算.（1—1）式中：0F —穿孔动能因子；0υ—穿孔气速（m/s ）;γ—气体重度(kg/m 3)。
由流量公式可得0003600V A υ==1-2） 式中，V 为气体流量（m 3/h)，而定适宜的0F ,根据旋流塔板的流体力学及传质性能等因素，在初算时可选择0F 为10～11，。
在除尘过程中,为产生足够的离心力，可采用较大的气速，常压下取0F 为12～15，加压时还可相应的增大。
旋流叶片外径W D 与穿孔面积0A 的关系为:220620.78510()W m W m D D m A D D δα-=⨯∏+（）[sin -] （1—3） 式中W D 、m D 以及δ的单位都用mm 代入,通常盲板直径/3m W D D ≈。
α是塔板水平放置时叶片与水平面的夹角，称为叶片仰角,一般可选用0=25α。
若用0=1011F 代入上述两式中，即可得到：W D ≈ （1—4）在旋流叶片之外需要安排溢流口,根据气液比的大小，可估计塔的内直径为(1.1 1.4)n W D D ≈（1-5）叶片的厚度，碳钢板、铝板取=3mm δ,不锈钢=mm δ（1.52）,聚氯乙烯=5mm δ（4）。
叶片数m,在W D 小于1000mm 时取m 为24，W D 更大时，m 值也随之增加.塔0F υ=内直径超过2m 的塔通常都使用双程塔板，里面一圈24块，外面一圈48快。
两程塔板仰角都一样,外面那段大概占整块板叶片直径的1/3,不包括盲板部分。
在设计过程中应对初算得到的W D 、m D 及n D 值进行核算。
方法是用式（1—2)和式（1-3）核算0A 和0F ，若0F 何原选定的值相差较大，则应调整W D 数值.2. 罩筒高度z h在叶片外设置罩筒的目的是封闭叶片外沿开口，使气流不致由此直冲塔壁而造成雾沫夹带。
水力喷射空气旋流器气相压降特性的数值模拟
水力喷射空气旋流器气相压降特性的数值模拟邱发成;徐飞;全学军;代黎【期刊名称】《流体机械》【年(卷),期】2015(000)012【摘要】利用雷诺应力模型（RSM）的流体体积（VOF）多相流模型对水力喷射空气旋流器（WSA）的气相压降特性和流场进行了数值模拟研究。
结果表明，雷诺应力模型和 VOF 两相流模型能够较好地模拟 WSA 的气相压降特性和液相回流比，WSA 的气相压降随着进口气速的增加先后出现低压降区、压降突跳区和高压降区3个区域。
在低压降区，射流保持较好的完整性；压降突跳区，射流呈袋式破碎雾化；高压降区，射流呈剪切破碎雾化。
WSA 内的静压分布关于 Z 轴比较对称，整个 WSA 内在射流—旋流耦合场之上的区域压力最大，其次是 WSA 的分离空间，在排气管进口区域压力最小。
【总页数】6页(P11-16)【作者】邱发成;徐飞;全学军;代黎【作者单位】重庆理工大学，重庆 400054;重庆理工大学，重庆 400054;重庆理工大学，重庆 400054;重庆理工大学，重庆 400054【正文语种】中文【中图分类】TH173;TQ028【相关文献】1.水力旋流器压降及压力分布特性的数值模拟 [J], 李玉星;冯叔初;李安星;李付玉2.水力喷射空气旋流器中射流流型及其对传质面积和气相压降的影响 [J], 程治良;全学军;晏云鹏;代黎3.水力喷射-空气旋流器中气液传质特性及其机理 [J], 赵清华;全学军;程治良;白薇扬4.水力喷射空气旋流器的气相压降特性 [J], 赵清华;全学军;项锦欣;王富平;程治良5.水力喷射-空气旋流器中压力场的数值模拟 [J], 邱发成;全学军因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
利用数值模拟方法分析静电-旋流耦合除雾器的分离性能
利用数值模拟方法分析静电-旋流耦合除雾器的 分离性能
袁惠新1，2，*，姜水林1，2，付双成1，2，周发戚1，2，朱星茼1，2
1. 常州大学机械工程学院，常州 213000 2. 江苏省绿色过程装备重点实验室，常州 213164
第一作者：袁惠新 (1957—)，男，博士，教授。研究方向：多相流与机械分离净化技术与设备。 E-mail：yuanhuixin2000@ *通信作者
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∇ j = ∇ jp + ji = 0
(5)
式中：j 为总电流密度，A·m−2； jp为带电尘粒电流密度，A·m−2； ji为离子电流密度，A·m−2。
假设电晕放电稳定，电流连续性方程见式 (6)。联立式 (4) 和式 (6) 求解电场强度分布。而 Fluent
旋风分离器的气相流场的性能分析及数值模拟
旋风分离器的气相流场的性能分析及数值模拟苏伟;武晶晶;于建奇;雷天升【摘要】This paper uses CFD professional software FLUENT to simulate and calculate the separation efficiency of cyclone separator.In the gas phase flow field simulation,the speed cloud chart is observed.The gas core column obviously exists in the cyclone separator area center and the tangential and axial velocities have good symmetry;Through changing the control parameters of its separation efficiency,it comes to the conclusion that when the inlet gas flow rate is improved and the grain phase concentration is increased,it helps the cyclone separator to improve its separation performance,especially,larger particle size.%采用CFD的专业软件FLUENT对旋风分离器的分离效率进行仿真计算.通过对旋风分离器内气相流场的模拟,观察其速度云图得出,在旋风分离器中心区域有一明显的气芯柱,且切向速度和轴向速度都具有较好的轴对称性;通过改变控制参数研究旋风分离器的分离效率,得出的结论是:当增大入口气体流量、提高颗粒相浓度将有利于提高旋风分离器的分离性能,粒径较大的颗粒分离效果较好.【期刊名称】《机械制造与自动化》【年(卷),期】2017(046)003【总页数】3页(P161-163)【关键词】旋风分离器;数值模拟;气相流场;分离效率【作者】苏伟;武晶晶;于建奇;雷天升【作者单位】山东华鲁恒升化工股份有限公司,山东德州253000;山东华鲁恒升化工股份有限公司,山东德州253000;山东华鲁恒升化工股份有限公司,山东德州253000;山东华鲁恒升化工股份有限公司,山东德州253000【正文语种】中文【中图分类】TP391.9对切入式旋风分离器进行网格划分，首先对环面进行面网格的生成，将入口段和出口段分别进行体网格的生成，大圆柱体和圆锥段并为一部分，采用体网格进行网格生成，最后定义interface 面。
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旋流板塔内气相流场的速度及压降的数值模拟
何思程;袁惠新;付双成;姚宇婷
【期刊名称】《化工进展》
【年(卷),期】2011(030)011
【摘要】The gas flow field on rotating stream tray was studied by using FLUENT CFD software.By the k-ε gas turbulence model and SIMPLER algorithm,a 3-D gas flow field on rotating stream tray has been obtained by third-order calculation.The numerical results agree well with experiment data at small inlet flow rates.A negative-velocity zone is found in gas flow field.As height increases,the tangential velocity decreases,and radial velocity decreases more significantly.%通过FLUENT计算流体力学软件对旋流板塔内的气相流场进行数值模拟分析。
采用k-ε湍流模型和SIMPLER算法,对旋流板塔内气相流场进行三阶运算,得到气相流场的三维描述。
模拟结果表明：将模拟所得的压降与试验值进行对比,发现在小进气量工况下数值模拟结果和试验结果吻合较好;在旋流板塔流场内部,存在一轴向速度为负的区域;切向速度随着高度的增加而强度减弱;径向速度随着高度的增加,减小的趋势比较明显。
【总页数】5页(P2399-2403)
【作者】何思程;袁惠新;付双成;姚宇婷
【作者单位】常州大学机械工程学院,江苏常州213016;常州大学机械工程学院,江苏常州213016;常州大学机械工程学院,江苏常州213016;常州大学机械工程学院,江苏常州213016
【正文语种】中文
【中图分类】TQ051.8
【相关文献】
1.催化裂化沉降器内料腿-翼阀排料区域的气相流场的数值模拟 [J], 李晓曼;严超宇;孙国刚;魏耀东
2.湿工况下泡沫金属内换热和压降的数值模拟和实验验证 [J], 翁晓敏;高扬;许旭东;庄大伟;胡海涛;丁国良
3.带内锥的切向进口扩散式方形分离器内气相流场的数值模拟 [J], 李浩;刁永发;顾平道;李勋
4.气液速度对智能倾斜管道内段塞流影响的数值模拟研究 [J], 邱子涵;苏永刚
5.新型内构件填充床反应器数值模拟——Ⅰ.气相流场和停留时间分布 [J], 张学佳;程易;韩明汉
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