新型多孔泡沫塔盤和規(guī)整填料的多尺度模擬研究.pdf

1、本課題組將具有孔隙率高、比表面積大、孔徑均勻可控、強度高等一系列優(yōu)良特性的多孔SiC泡沫材料應(yīng)用到精餾塔的塔板和填料中，研制出新型的多孔泡沫SiC固定傳質(zhì)體塔盤和多孔泡沫SiC波紋板規(guī)整填料。鑒于這兩種新型多孔泡沫塔內(nèi)件的流場屬于多孔介質(zhì)/純流體耦合問題，本文從宏觀和微觀兩個尺度進行物理建模，并建立恰當(dāng)?shù)亩嘞嗔髂Ｐ秃投嗫捉橘|(zhì)模型，實現(xiàn)對它們的多尺度模擬研究。
　　 對于多孔泡沫SiC固定傳質(zhì)體塔盤和多孔泡沫SiC規(guī)整填料的宏觀模

2、擬，忽略多孔SiC泡沫的真實骨架結(jié)構(gòu)，建立宏觀物理模型，采用多孔介質(zhì)模型的方法處理多孔SiC傳質(zhì)體和多孔SiC波紋板。本文采用了兩種Forchheimer形式的多孔介質(zhì)模型，并通過將模擬結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)對比，選擇對于本文所研究的多孔SiC泡沫準(zhǔn)確度較高的一種模型。氣體單相流的模擬計算結(jié)果用于分析干塔壓降的組成及其影響因素；塔盤兩相流計算選用雙歐拉多相流模型，并采用Grace曳力模型對多相流控制方程進行封閉。規(guī)整填料兩相流模擬選用VOF模型

3、，并考慮表面張力的影響。通過將模擬結(jié)果與實驗值對比，驗證了模擬方法和模型的適用性，并分析了多孔泡沫SiC固定傳質(zhì)體塔盤和多孔泡沫SiC規(guī)整填料的宏觀流場分布特點、各種流體力學(xué)性能以及結(jié)構(gòu)參數(shù)對它們流場和性能的影響。
　　 由于宏觀模擬忽略了多孔SiC泡沫的真實骨架結(jié)構(gòu)，使得宏觀流場的分布情況及某些性能的計算不夠準(zhǔn)確，而且也無法考察骨架結(jié)構(gòu)的表面性質(zhì)對流場分布的影響。因此，對于多孔泡沫SiC固定傳質(zhì)體塔盤和多孔泡沫SiC規(guī)整填料的

4、微觀模擬，則將多孔SiC泡沫的真實骨架結(jié)構(gòu)理想成十四面體結(jié)構(gòu)單元的陣列，通過切割陣列獲得多孔SiC固傳質(zhì)體和多孔SiC波紋板的微觀物理模型。選用相應(yīng)的兩相流模型，對多孔泡沫SiC塔盤和規(guī)整填料進行微觀兩相流模擬。通過將模擬結(jié)果與實驗分析值進行比較，驗證微觀模擬方法的準(zhǔn)確度。對模擬獲得的微觀流場分布特點以及操作條件、微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)對流場分布的影響進行了分析，并且還探討了流體與多孔SiC泡沫材料之間的潤濕性對微觀流場和宏觀特性的影響。