化工計(jì)算傳質(zhì)學(xué)的研究——及其在精餾塔中的應(yīng)用.pdf

1、本文首先系統(tǒng)概述了計(jì)算流體力學(xué)、計(jì)算傳熱學(xué)和計(jì)算傳質(zhì)學(xué)的發(fā)展歷程、相應(yīng)湍流輸運(yùn)方程的封閉方法以及各自在化工中的應(yīng)用情況.然后詳細(xì)推導(dǎo)了濃度方差c<'2>和濃度方差耗散率ε<,c>的精確輸運(yùn)方程,并對(duì)其進(jìn)行了適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化和模型常數(shù)的確定,使其更適于工程傳質(zhì)計(jì)算,隨后提出了計(jì)算傳質(zhì)學(xué)的方程體系. 本文在對(duì)文獻(xiàn)中已有動(dòng)量傳遞源項(xiàng)的分析基礎(chǔ)上,同時(shí)借鑒圓射流的研究成果,首次提出了分布式動(dòng)量傳遞源項(xiàng),其特點(diǎn)是不僅反映氣液之間的相互作用,而且

2、同時(shí)考慮了篩孔分布對(duì)動(dòng)量傳遞的影響.使用這一模型對(duì)1.2m直徑的篩板塔進(jìn)行了速度場(chǎng)模擬,其結(jié)果與文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)值和使用均勻式源項(xiàng)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較,符合得較好,而且在塔板中心線和塔壁附近明顯優(yōu)于使用均勻式源項(xiàng)的計(jì)算結(jié)果,由此證明了分布式源項(xiàng)的有效性和優(yōu)越性.另外通過對(duì)不同篩孔分布方式的塔板進(jìn)行模擬和比較,進(jìn)一步論證了分布式源項(xiàng)的優(yōu)越性. 使用本文提出的計(jì)算傳質(zhì)學(xué)模型分別對(duì)1.2m直徑的工業(yè)規(guī)模篩板塔和0.429m直徑的中試規(guī)模篩

3、板塔在不同操作條件下的傳質(zhì)情況進(jìn)行了數(shù)值模擬,得到了速度場(chǎng)、濃度場(chǎng)和湍流傳質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)的分布.對(duì)于1.2m直徑的篩板塔,其各板的出口濃度、單板效率、全塔效率以及湍流傳質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)的計(jì)算結(jié)果分別與文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行了比較,二者符合得較好.對(duì)于0.429m直徑的篩板塔,將其不同操作條件下的塔底濃度和全塔效率與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行了比較,二者符合得較好.這些比較結(jié)果證明了本文所提出的計(jì)算傳質(zhì)學(xué)模型對(duì)不同規(guī)模篩板塔模擬的有效性.另外通過對(duì)具有不同篩孔分布方式

4、、不同形式進(jìn)口堰和不同高度出口堰的塔板進(jìn)行了傳質(zhì)模擬,其結(jié)果顯示了塔板結(jié)構(gòu)對(duì)塔板濃度場(chǎng)的影響,并且進(jìn)一步證明了計(jì)算傳質(zhì)學(xué)較經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法在體現(xiàn)塔板結(jié)構(gòu)對(duì)傳質(zhì)影響上的優(yōu)越性. 本文通過測(cè)量被純氧飽和的水在塔板上發(fā)生氧解吸時(shí)液相中氧的濃度,首次得到了伴有傳質(zhì)的濃度場(chǎng),并發(fā)現(xiàn)在速度返流區(qū)會(huì)出現(xiàn)濃度漩渦.并且使用本文提出的計(jì)算傳質(zhì)學(xué)模型對(duì)塔板濃度場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值符合得較好,進(jìn)一步證明了所用模型的正確性.本文通過使用激光多普