风致塔体振动对筛盘上气—液两相流场影响的数值模拟

发布时间：2017-10-08 09:49

  本文关键词：风致塔体振动对筛盘上气—液两相流场影响的数值模拟

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【摘要】：对于板式塔上气-液两相流的研究一直是化工领域的热点课题。本文分别对静止和风致塔体振动时,某石化项目中典型的筛板塔盘上气-液两相流场进行了模拟和探究。具体工作和结论如下:(1)建立了筛板塔的有限元模型和风洞模型,通过模态分析提取了筛板塔的前四阶固有频率和振型;通过双向流固耦合分析获得了不同风速下筛板塔上41m处塔盘周围的涡街分布、顺风向及横风向响应等。(2)建立了欧拉-欧拉框架下单层塔盘上气-液两相流的三维瞬态模型,并利用UDF自定义相间动量传递项;通过对比实验数据发现模型的平均相对误差为2.957%,最大误差未超过5%;探究了静止塔盘上气-液两相流的流场。(3)通过对塔盘倾斜时,塔盘上气-液两相流的CFD模拟发现:当风速方向与液流方向一致时,随着风速的增加,塔盘上的清液层高度降低,液位差增大,气速分布越不均匀,反之则相反;相比于塔盘沿液流横向的倾斜,塔盘沿液流方向的倾斜对气-液两相流的影响更大。(4)通过对周期性振动下塔盘上气-液两相流的CFD模拟发现:塔盘上液相的运动与塔盘的振动不同步,液相存在迟滞;塔盘沿液流方向一阶共振时,清液层高度出现周期性波动,波动幅度为12.46mm,最大液位差达到22.167mm,液位分布和气速分布极不均匀。相比于沿液流横向的振动,塔盘沿液流方向的周期振动对气-液两相流的影响更大。(5)通过对复合振动下塔盘上气-液两相流的CFD模拟发现:清液层高度越高,塔盘振动对液相分布、气速分布的影响越大;倾斜幅度一定时,塔盘沿液流方向二阶共振时的液位差为13.109mm,略大于其余工况,气-液两相的分布规律均受到不同程度的影响;相比于小振幅短周期振动,大振幅长周期振动对塔盘上气-液两相的流动模式、气液分布及塔盘效率的影响更大。
【关键词】：筛板塔盘 数值模拟 风载荷 气-液两相流 流场
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ021.1
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 课题的研究背景和意义11-12
• 1.2 课题及相关领域的国内外研究现状12-16
• 1.2.1 风工程研究现状12-13
• 1.2.2 流固耦合研究现状13-14
• 1.2.3 塔盘上气-液两相流研究现状14-16
• 1.3 本课题的主要研究内容16-17
• 第2章 筛板塔的模态分析17-25
• 2.1 模态分析理论17-18
• 2.1.1 模态分析简介17
• 2.1.2 动力学方程17-18
• 2.1.3 模态提取法18
• 2.2 筛板塔模型的建立18-22
• 2.2.1 筛板塔基本设计参数18
• 2.2.2 筛板塔的有限元模型18-21
• 2.2.3 网格划分21-22
• 2.3 筛板塔的模态分析22-24
• 2.3.1 参数设置22-23
• 2.3.2 结果分析23-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第3章 筛板塔外部流-固耦合场分析25-46
• 3.1 风场分析25-31
• 3.1.1 风工程概述25
• 3.1.2 近地风的基本特征25-28
• 3.1.3 风绕塔体流动特性28-30
• 3.1.4 风洞中风速的相关计算30-31
• 3.2 计算流体力学的基本理论31-35
• 3.2.1 流动模型31
• 3.2.2 流体力学的控制方程组31-33
• 3.2.3 湍流模型33-35
• 3.3 流固耦合35-45
• 3.3.1 流固耦合简介35-36
• 3.3.2 筛板塔外流固耦合场的建立36
• 3.3.3 筛板塔的数值风洞模块36-39
• 3.3.4 筛板塔的瞬态动力学分析模块39-40
• 3.3.5 流固耦合场的计算结果40-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第4章 静止状态下塔盘上气-液两相流模拟46-65
• 4.1 气-液两相流概述46
• 4.1.1 多相流简介46
• 4.1.2 多相流模型46
• 4.2 塔盘上气-液两相流模型46-53
• 4.2.1 模型方程46-48
• 4.2.2 几何模型48-50
• 4.2.3 模拟的气液负荷50
• 4.2.4 边界及初始条件50-52
• 4.2.5 求解算法52-53
• 4.3 塔盘上气-液两相模型的验证53-57
• 4.3.1 网格独立性53
• 4.3.2 模型的验证53-57
• 4.4 塔盘上的流动模式及水力学特性57-63
• 4.4.1 气相及液相的速度分布57-60
• 4.4.2 清液层高度60-61
• 4.4.3 泡沫区高度及液体持液量61-63
• 4.5 本章小结63-65
• 第5章 风载荷作用下塔盘上的气-液两相流模拟65-91
• 5.1 塔盘模型的建立65-67
• 5.1.1 塔盘的几何模型65
• 5.1.2 塔盘的网格划分65-66
• 5.1.3 边界条件及参数设置66-67
• 5.2 塔盘的工况条件67-68
• 5.2.1 风速方向与塔盘的位置关系67-68
• 5.2.2 模拟研究的工况68
• 5.3 风载荷作用下塔盘上的流动模式及水力特性68-89
• 5.3.1 顺风向倾斜68-74
• 5.3.2 横向周期振动74-81
• 5.3.3 复合振动81-89
• 5.4 本章小结89-91
• 结论91-93
• 参考文献93-97
• 附录97-105
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果105-106
• 致谢106

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