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运动柱塞与油管内壁环缝间的气液逆流特性

天然气工业 2023年第5期43卷 56-62页

作者：赵昆鹏田伟张存社杨云博贾友亮沈志昊李鑫白博峰西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室中国石油长庆油田公司油气工艺研究院中国石油长庆油田公司第五采气厂中国石油长庆油田公司长北作业分公司

柱塞气举技术已成为国内外经济性较高的排液采气关键技术之一,但由于柱塞与油管内壁环缝间液体漏失和气体上窜降低了柱塞气举排液率甚至造成举升失败。因此,为优化柱塞气举结构以提高举升效率,构建了运动柱塞与油管内壁环缝间气液两相... 详细信息

柱塞气举技术已成为国内外经济性较高的排液采气关键技术之一,但由于柱塞与油管内壁环缝间液体漏失和气体上窜降低了柱塞气举排液率甚至造成举升失败。因此,为优化柱塞气举结构以提高举升效率,构建了运动柱塞与油管内壁环缝间气液两相逆流数值模型,研究了柱塞结构与上行速度对环缝内气液逆流流型转变以及逆流密封性能的影响规律,揭示了柱塞与油管内壁环缝内的气液逆流密封机理,提出了强化气液逆流密封性能的最优上行举升速度与柱塞结构优化方向。研究结果表明:①在柱塞表面添加槽式结构可显著改善柱塞与油管内壁环缝间的气液逆流密封特性,且矩形槽柱塞举升效果优于梯形槽柱塞;②当矩形槽室宽度小于深度时,气液难以充分混合而呈气液分层流型,气相涡旋将液体挤压在槽内壁面,环缝内流体速度衰减较小,气液漏失量较大;③当矩形槽室宽度是深度的2倍时,槽内呈气液搅拌流型,出现两相涡旋并引起气液流速的衰减,减小了举升过程中的流体漏失;④柱塞平均上行速度为5 m/s时,槽式柱塞与油管内壁环缝间气液流动密封性能最佳。结论认为,选用槽室宽度是深度2倍的矩形槽柱塞并控制其举升速度趋近于5 m/s,可有效提高柱塞排液效率,该研究成果可以为柱塞气举排液技术优化提供技术支撑,有助于提高天然气采收率,为天然气的规模效益开发提供了理论依据。

关键词：排液采气柱塞气举气液逆流两相涡旋流动密封液体漏失气体滑脱槽室

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用虚拟多管模型研究填料塔气液逆流停留时间分布

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华东理工大学学报（自然科学版） 1999年第5期25卷 446-450,455页

作者：漆志文施军民孙海军王亦飞于遵宏华东理工大学洁净煤技术研究所上海200237

对填料塔中的气液逆流过程，用虚拟气液固圆柱体建立了多管流动模型，得到了充分发展段和进口过渡段的速度分布和一定管长下的液相停留时间分布，进而求得液相平均停留时间和持液量的表达式及模型参数，并用实验进行了验证。该模型反映... 详细信息

对填料塔中的气液逆流过程，用虚拟气液固圆柱体建立了多管流动模型，得到了充分发展段和进口过渡段的速度分布和一定管长下的液相停留时间分布，进而求得液相平均停留时间和持液量的表达式及模型参数，并用实验进行了验证。该模型反映了气液逆流过程本质，简化了过程，适用于液相层流的情况。

关键词：填料塔气液逆流停留时间分布多管流动模型

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气液逆流填料塔中液体分布器的研究

北京化工学院学报 1989年第1期16卷 6-12页

作者：冯善良徐震宇江生南刘春霄北京化工学院化学工程系

在300和600mm直径的塔中,分别填充25~#及40~#Intalox填料,以空气-水为介质,气液逆流操作,对孔板式、堰式及管式三种型式的液体分布器的结构参数与分布性能进行了初步研究。

关键词：气液逆流填料塔液体分布器

倾斜通道内气液逆流直接接触冷凝传热的二维CFD模拟

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化工进展 2009年第S2期28卷 383-386页

作者：崔小逖李鑫钢张志恒隋红天津大学化工学院天津300072 天津大学精馏技术国家工程研究中心天津300072

对倾斜通道内乙醇饱和气体同其过冷液体逆流接触冷凝过程进行了数值模拟研究。应用商业CFD软件FLUENT和VOF多相流模型模拟倾斜通道内的两相流动,增加了相界面上基于温度梯度计算得到的冷凝传热源项、传质源项。在气液温差较小时模拟结... 详细信息

对倾斜通道内乙醇饱和气体同其过冷液体逆流接触冷凝过程进行了数值模拟研究。应用商业CFD软件FLUENT和VOF多相流模型模拟倾斜通道内的两相流动,增加了相界面上基于温度梯度计算得到的冷凝传热源项、传质源项。在气液温差较小时模拟结果同的基于Nusslet等温壁面降膜理论的McAdams关系式接近,并进一步考察了绝热壁面条件下,通道进口气体流速、液体流速对平均传热系数Hm的影响。

关键词：气液逆流直接接触冷凝 VOF

低温流体在不同倾角填料表面的气液逆流特性理论研究

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低温工程 2024年第3期 1-7,55页

作者：詹高铭植晓琴滕艺璇周华彬邱利民浙江大学制冷与低温研究所杭州310027

采用CFD方法,建立规整填料局部逆流模型,通过分析流动形态、润湿率、持液率等参数,研究了低温氮氧在45°和60°倾角填料气体逆流对流动特性的影响。结果表明,逆流气体对常温水的润湿性有促进作用,对低温工质产生负面影响。对于低温流体... 详细信息

采用CFD方法,建立规整填料局部逆流模型,通过分析流动形态、润湿率、持液率等参数,研究了低温氮氧在45°和60°倾角填料气体逆流对流动特性的影响。结果表明,逆流气体对常温水的润湿性有促进作用,对低温工质产生负面影响。对于低温流体,45°填料能提供高于86%的润湿面积,逆流气体影响下润湿率降低6.90%,而60°填料润湿率仅降低0.40%,但其润湿率仅约67%。60°填料的压降低于50 Pa/m,远低于45°填料,能有效降低压降损失,更适合用于大处理量的空分精馏过程。

关键词：低温精馏规整填料气液逆流数值模拟

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晃动对气液逆流填料塔影响的数值模拟研究

晃动对气液逆流填料塔影响的数值模拟研究

作者：张梦娴中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

FLNG是集海上天然气的开采、处理、液化、储存和装卸为一体的浮式生产装置,其中酸气脱除是天然气液化工艺环节中的关键步骤,海上晃动条件对酸气吸收塔运行性能的影响备受关注。本文以气液逆流填料塔为研究对象,采用多孔介质模型对规整... 详细信息

FLNG是集海上天然气的开采、处理、液化、储存和装卸为一体的浮式生产装置,其中酸气脱除是天然气液化工艺环节中的关键步骤,海上晃动条件对酸气吸收塔运行性能的影响备受关注。本文以气液逆流填料塔为研究对象,采用多孔介质模型对规整填料进行简化,在考虑多孔介质阻力、气液相间拖曳力、气液相弥散力等的基础上,建立海况条件下二维及三维填料塔的数值模型,分析倾斜和晃动工况对填料塔内气液流场及传质性能的影响,为FLNG上酸气处理单元的优化设计提供技术基础。为了实现填料塔内液体扩散现象的准确预测,本文建立了基于液体弥散理论的液体扩散模型并通过实验验证,同时优化了扩散系数S,进而分析了填料塔内液体分布的影响因素。对六自由度晃动平台和常用试验装置的重力加速度和惯性加速度进行对比,建立海况边界条件的动网格数学模型,分析了晃荡角度、晃荡周期、晃荡位移对二维填料塔内流体动力学参数的定量影响。将胺吸收塔数值模型和动网格数学模型进行耦合,采用液体不均匀分布评价指标,分析了倾斜角度、晃荡角度、晃荡周期对三维填料塔内气液流场和传质性能的影响,同时进行塔器安装位置的敏感性分析。研究表明:晃荡条件下二维填料塔内压降分布较为均匀,液体体积分数、液体轴向速度、液体径向速度等参数呈现周期波动形式,波动周期与填料塔晃荡周期近似相同,波动幅度与晃荡角度和晃荡位移具有相关性;塔中心轴位置处的液体分布状态更易趋向均匀化。在1/2T周期时,晃荡位移越大,均匀系数UI增长幅度越大;在3/4T周期时,均匀系数UI降低幅度越大。第一个晃荡周期内,三维填料塔内液体分布状态呈现不均匀化加剧,一定时间后恢复静止状态或均匀化程度增加的趋势;净化气中CO摩尔分数以塔器垂直状态时的数值为轴上下波动,波动周期与填料塔晃荡周期近似相同,波动幅度与晃荡周期和晃荡角度相关;塔器的惯性加速度因安装位置不同差别很大,建议塔器在船体中部位置安装。研究结果得到了晃动条件下填料塔内气液流场和传质性能的变化规律,对指导海上FLNG酸气处理装置运行具有一定的参考价值。

关键词：规整填料气液逆流晃动液体弥散数值模拟

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规整填料表面氮氧气液逆流流动特性研究

规整填料表面氮氧气液逆流流动特性研究

作者：詹高铭浙江大学

学位级别：硕士

工业气体市场规模逐年递增,基于低温精馏的空气分离法是氮、氧等工业气体大规模生产的主要方法。作为低温精馏的核心塔内件,规整填料是气液两相主要传热传质发生的场所。由于低温精馏实验在低温装置材料选择、测量设备精度要求、低温环... 详细信息

工业气体市场规模逐年递增,基于低温精馏的空气分离法是氮、氧等工业气体大规模生产的主要方法。作为低温精馏的核心塔内件,规整填料是气液两相主要传热传质发生的场所。由于低温精馏实验在低温装置材料选择、测量设备精度要求、低温环境维持等方面的高难度、高成本等问题,低温精馏工况的设计和填料的开发长期依赖常温水力或化工流体的实验测试结果,在常温基础上简单采用放大系数和冗余设计来修正偏差。然而,低温流体与常温流体的物性差异导致其在规整填料表面的气液逆流特性存在不同,最终使得规整填料主要性能压降和传质的变化也不同。针对低温工况下规整填料性能进行研究有助于精细化低温精馏设计,为解决低温精馏装备向大型化、高效化发展的瓶颈问题提供可行方向。只有掌握气液两相逆流条件下低温工质在规整填料表面真实的流动和传质规律,才能对低温精馏过程进行针对性改进。本文从逆流气体对规整填料表面流体降液膜流动特性的影响出发,对低温工况下填料性能压降和传质速率进行分析,并与常温工质水的流动特性进行对比分析,主要研究内容如下:（1）建立了规整填料内代表性特征单元低温氮氧工质和空气-水工质的逆流三维CFD模型,结合实验对比分析了逆流气体对不同工质流动影响的差异。以Mellapak 250Y填料尺寸为基础,结合数值模拟和实验方法,在实际精馏中典型气液负荷工况范围内对比了空气-水系统和低温氮氧系统的流动流型和润湿率。对比研究发现逆流气体作用下水和低温氮氧物系在填料表面的润湿率变化不同甚至呈现相反趋势。气体F=0～2.5 Pa0.5范围内,F因子对液氮流型和润湿率影响显著,随着F增大,液氮在填料表面迅速出现干区,润湿率降低了32.8%;而水的流型仍主要呈现溪流,模拟结果显示水的润湿率在F=0～2.0 Pa0.5范围内略有上升,增加了1.54%。并观察到低温氮氧工质流过填料波峰时会产生脱离壁面的小液滴,这会加剧气液相间相互作用,而水没有出现这种现象。因此,由于常低温工质在填料表面流动的显著差异,以往规整填料理论模拟中忽略逆流气体影响的假设在低温精馏过程中不适用,且依托常温水力实验测试指导低温精馏设计并不准确。（2）开展了不同流量逆流气体对液氮工质在填料表面流动特性影响的实验和模拟研究,分析了流型分布、润湿率、持液率、平均液膜厚度等参数的变化规律。模拟和实验中均观察到液氮在填料表面呈现膜状流动,逆流气体作用下首先在填料悬空面上出现液氮干区。润湿率随F因子变化有降低-平缓变化-迅速恶化的趋势,气体F=0～2.5 Pa0.5范围内润湿率平均约降低27.78%,F因子超过1.3 Pa0.5后润湿率变化率约为此前的5.29倍,进入迅速恶化阶段。模拟结果进一步显示随F因子增加持液率呈下降趋势,平均降低了1.52%,F超过1.5 Pa0.5后持液率迅速降低,降低速率约为此前的5.8倍。平均液膜厚度有先增加后降低的趋势,所研究工况内均在F=1.5 Pa0.5时取得最大值,F超过1.5 Pa0.5后平均液膜厚度变化速率是F=0.5～1.5 Pa0.5范围内的2.03倍。（3）揭示了逆流气体影响下规整填料关键性能压降和传质速率的变化规律,探究了更适用于低温精馏过程的气相F因子的操作范围。模拟结果表明湿压降随液体流量和F因子的增加而增加,在50 m3/（m2·h）和F=2.5 Pa0.5时达到最大压降223.53 Pa/m。随着F因子的增加,湿压降的变化率也增加,高F=2～2.5 Pa0.5范围内湿压降的增长率是低F=0～0.5 Pa0.5范围内湿压降增长率的大约3.24倍。这可能与F因子增加导致的液滴飞溅返混、气液逆向波纹以及脱离壁面的小液滴的等两相间不稳定波动的出现和加剧有关。模拟和实验均表明随着F因子的增加,传质系数随之增加,传质速率有先增加后减小的趋势。液体喷淋密度10 m3/（m2·h）工况下在F=1.37 Pa0.5时达到最大传质速率,20m3/（m2·h）和30 m3/（m2·h）工况下在F=1.70 Pa0.5时达到最大传质速率,但其增长率仅为F=1.0～1.3 Pa0.5范围内的约1/4和1/10。这与F因子高于1.3 Pa0.5后润湿率的急剧恶化有关,有效传质面积的迅速减小最终导致传质速率的降低。综合考虑湿压降和传质速率,低温精馏中F因子的选择应在1.3 Pa0.5之内。

关键词：低温精馏气液逆流规整填料流动可视化流动特性

倾斜通道内气液逆流直接接触冷凝传热的二维CFD模拟

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倾斜通道内气液逆流直接接触冷凝传热的二维CFD模拟

中国化工学会2009年年会暨第三届全国石油和化工行业节能节水减排技术论坛

作者：崔小逖李鑫钢张志恒隋红天津大学化工学院天津大学精馏技术国家工程研究中心

对倾斜通道内乙醇饱和气体同其过冷液体逆流接触冷凝过程进行了数值模拟研究。应用商业CFD软件FLUENT和VOF多相流模型模拟倾斜通道内的两相流动,增加了相界面上基于温度梯度计算得到的冷凝传热源项,传质源项。在气液温差较小时模拟结果... 详细信息

对倾斜通道内乙醇饱和气体同其过冷液体逆流接触冷凝过程进行了数值模拟研究。应用商业CFD软件FLUENT和VOF多相流模型模拟倾斜通道内的两相流动,增加了相界面上基于温度梯度计算得到的冷凝传热源项,传质源项。在气液温差较小时模拟结果同的基于Nusslet等温壁面降膜理论的McAdams关系式接近,并进一步考察了绝热壁面条件下,通道进口气体流速、液体流速对平均传热系数H的影响。

关键词：气液逆流直接接触冷凝 VOF

来源： cnki会议评论

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高炉下部气相压降特性的模拟研究

高校化学工程学报 2007年第2期21卷 233-238页

作者：熊玮毕学工周国凡武汉科技大学钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室湖北武汉430081

为了阐明高炉下部气相压降的特性,在填料床内模拟高炉下部流动条件进行了气液两相逆流的流体力学实验。结果表明在气相雷诺数较小时,由于停滞孔隙率的存在,实测压降值比修正厄根方程计算的值大;气相雷诺数较大时,气液界面上产生的粘性... 详细信息

为了阐明高炉下部气相压降的特性,在填料床内模拟高炉下部流动条件进行了气液两相逆流的流体力学实验。结果表明在气相雷诺数较小时,由于停滞孔隙率的存在,实测压降值比修正厄根方程计算的值大;气相雷诺数较大时,气液界面上产生的粘性曳力较小,实测压降值比修正厄根方程计算的值小。对实验结果进行回归得到了阻力系数与气相雷诺数的关系,并提出了新的气相压降计算模型。当填料密度比液体密度小时,在液泛前填料会发生松动和膨胀,通过修正填料床的孔隙度可以计算膨胀填料床的压降。填料膨胀率的大小与液体流量、填料的流化速度及自由沉降速度有关。在实验数据范围内,模型的计算结果与实测值吻合较好。

关键词：高炉滴落带气液逆流压降数学模型