规整填料CFD模拟X - 天津大学研究生数字化教学(E-LEARNING)平台

规整填料CFD模拟文献报告;规整填料内液体流动的研究;扩散模型推导的基础是液体在填料内的随机流动，而对规整填料，其流道十分规则，液体流动的随机性受到很大限制，因此在规整填料中搬用扩散模型是值得怀疑的。结点网格模型：源于Dangizer[6]对结构上类似于板波纹填料的SULZER SMV型静态混合器中的液体分布规律的研究，其中填料纹棱交叉点构成了一系列结点网格，液体在结点处发生混合。而规整填料相邻填料片上的液体在交叉点上是点与点的接触，发生返混的分率很小，该模型适用程度值得讨论;徐崇嗣[7]研究了4.5型和6.3型金属规整填料结构特点，并建立模型(参见如下文献)。模型假设：在每盘填料内，液体在板片之间的 一系列夹层内作二维运动。液体沿波纹通道流动，仅在通道的交叉处发生相互混合；液体不从板孔透过板片；液体流到塔壁之后即发生完全反射；两盘填料交接面上，相邻通道的液体发生横向返混。 液体在塔壁上发生完全反射，即没有考虑壁流的影响，这不合理。;电子渗流器模型：Hanley[8]借用“电子渗流器”的概念来描述塔内气液流动，该模型假设没有被液体充满的塔内空隙对气体来说可以通过，类似“导电”；这些空隙被液体堵塞后，则气体不能通过，类似“绝缘”，整个填料塔由大量“导电”与“绝缘”的空隙格栅组成，其构成类似于“电子渗流器”。填料塔内的气液接触过程，可以看成空隙格栅不断“导通”和“绝缘”的过程。;空隙率流动模型：Grosser等[9]和Dankworth等[10]提出了一个气液流动的宏观模型，该模型以气、液相空隙率的流动为基础。通过该模型可以预测泛点以下的液相持液量和压力梯度，也可以预测泛点。但该模型应用较少。计算流体力学(CFD)模型：以严格的Navier-Stokes方程以及连续性方程为基础进行计算。;CFD的基本思想[11]：把原来在时间域和空间域上连续的物理量的场，如速度场和压力场，用一系列有限个离散点上的变量值的集合来代替，通过一定的规则和方式建立起关于这些离散点上场变量之间关系的代数方程组，然后求解代数方程组获得场变量的近似值，CFD可以看做是在流动基本方程(质量守恒方程、动??守恒方程、能量守恒方程)控制下对流动的数值模拟。由于规整填料的几何结构非常复杂，而且受到计算机资源的限制，目前还无法建立整塔实体物理模型，多数研究集中在对局部单元内气液流动的模拟。;体积平均CFD模型：将填料塔内的填料物性进行宏观平均，不考虑单个填料微观结构对流体的作用，而是将填料看做具有一定空隙率的连续介质，并假定流体在介质中连续流动，填料对流体的形体阻力通过Navier-Stokes方程的模型修正项体现。单元综合CFD模型：在充分考虑填料结构特性条件下，将填料看成是由大量结构单元构成的整体，从单个结构单元入手来研究流体的流动状况，通常计算网格的划分主要在结构单元内，因此网格划分的很密，能更真实的反应填料空隙内流体的流动情况。但计算量大，对规整填料也只能算几片填料。;体积平均规则：加和规则、乘积规则、时间导数规则、梯度规则、对流相散度规则。时均值运算的有关法则：;由于规整填料内液体的流动为湍流。对方程组封闭性问题，一般是在雷诺平均法的雷诺应力方程基础上，建立湍流模型以添加方程并作简化计算进行封闭。湍流模型一类为：以湍流粘度为基础的湍流涡黏模型，其中以添加方程式数目的多少分为零方程模型、一方程模型、两方程模型(k-ε)；另一类为以求解雷诺应力方程为基础的雷诺应力湍流模型(不常用)[12]。;标准k-ε模型：基于脉动动量输运的物理机理，认为湍流能量是由大尺度向小尺度传递。

Hosdon等人[13]采用此模型模拟了在气相单相流条件下，Mellapak 350Y型规整填料内流体的流动情况，将相邻两填料片的通道交接处围成的空间看成一个体积单元。;重整化群k-ε模型(RNG模型)：对湍流粘度进行修正，考虑了平均流动中的旋转及旋流等情况；同时改变了常数C1 ε，能够反映主流的时均应变率。能较好处理流线弯曲程度较大或应变率较大的流动[12]。

标准k-ε模型假定流体的湍流在空间上为各向同性，因此重整化群k-ε模型最适合规整填料内流体的流动。但这个两个模型都适用于高雷诺数的流动。;液膜流动模型主要是根据已知的流体性质、操作参数及表面形状对液膜流动进行模拟计算。确定液膜表面的位置，然后根据基本的质量和动量守恒方程，对流动区域内流场进行计算；再结合传热及传质方程，即可得到液膜内的温度场和浓度场，进而可计算填料的传质效率。两相流模型的难点：1. 气、液相界面的确定2. 规整填料内的气、液相的流动过程中，气-液、气-固以及液-固等相间相互作用力的确定。3. 多相流的控制方程及封闭模型的数值求解方程十分复杂。;VOF(Volume of Fl