内循环冷却吸收塔的CFD模拟

作     者：徐利宁 

作者单位：郑州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：袁振伟

授予年度：2012年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：计算流体力学(CFD) 内循环冷却吸收塔 双相流 数值模拟 FLUENT 

摘      要：针对化肥行业氨的施放气的回收,设计了内循环冷却吸收设备,该设备同普通的板式塔、填料塔及塔板-填料复合塔相比,对于有大量反应热产生的吸收过程具有很高的吸收效率。所设计的内循环冷却吸收设备中上部分为筛板塔板组成的板式塔件,下部分是内循环冷却吸收元件组成的内循环冷却元件,并通过实验及工厂实践得到内循环冷却吸收设备的高效吸收机理。本文通过数值模拟的方法研究内循环冷却吸收元件内流体的流体力学行为。 在有限体积法的基础上建立空塔、套管塔、内循环冷却吸收塔的双相流连续性方程、动量方程、湍流方程、壁面湍流方程。通过分析,动量方程的源项采用曳力方程,空塔及套管塔的湍流方程为标准k-ε湍流方程,对于内循环冷却吸收塔的湍流方程采用RNG k-ε湍流方程。壁面湍流方程均采用“标准壁面函数法进行计算。利用计算流体力学CFD (Computational Fluid Dynamics)模拟软件FLUENT6.3进行计算。在用CFD模拟软件进行计算前,先采用FLUENT的前处理器GAMBIT对空塔、套管塔、内循环冷却吸收塔进行物理建模、网格划分及边界条件的设定。 在流体力学模拟软件FLUENT6.3中利用欧拉-欧拉双相流模型对空塔、套管塔、内循环冷却吸收塔所建立的计算数学模型进行计算,在相同的模拟条件下,分别得到空塔、套管塔、内循环冷却吸收塔中的压力分布云图及气相速度分布云图,进行对比可得到由于螺旋纽带的存在作用,使得气液相在内循环冷却吸收塔中湍流强度增大,气液相的界面可以得到不断的更新,最终增大气液相传质效率。其模拟结果为今后内循环冷却吸收设备的研究和改进及在工业中的应用提供了理论依据。