本课题组将具有孔隙率高、比表面积大、孔径均匀可控、强度高等一系列优良特性的多孔SiC泡沫材料应用到精馏塔的塔板和填料中,研制出新型的多孔泡沫SiC固定传质体塔盘和多孔泡沫SiC波纹板规整填料。鉴于这两种新型多孔泡沫塔内件的流场属于多孔介质/纯流体耦合问题,本文从宏观和微观两个尺度进行物理建模,并建立恰当的多相流模型和多孔介质模型,实现对它们的多尺度模拟研究。对于多孔泡沫SiC固定传质体塔盘和多孔泡沫SiC规整填料的宏观模拟,忽略多孔SiC泡沫的真实骨架结构,建立宏观物理模型,采用多孔介质模型的方法处理多孔SiC传质体和多孔SiC波纹板。本文采用了两种Forchheimer形式的多孔介质模型,并通过将模拟结果与实验数据对比,选择对于本文所研究的多孔SiC泡沫准确度较高的一种模型。气体单相流的模拟计算结果用于分析干塔压降的组成及其影响因素;塔盘两相流计算选用双欧拉多相流模型,并采用Grace曳力模型对多相流控制方程进行封闭。规整填料两相流模拟选用VOF模型,并考虑表面张力的影响。通过将模拟结果与实验值对比,验证了模拟方法和模型的适用性,并分析了多孔泡沫SiC固定传质体塔盘和多孔泡沫SiC规整填料的宏观流场分布特点、各种流体力学性能以及结构参数对它们流场和性能的影响。由于宏观模拟忽略了多孔SiC泡沫的真实骨架结构,使得宏观流场的分布情况及某些性能的计算不够准确,而且也无法考察骨架结构的表面性质对流场分布的影响。因此,对于多孔泡沫SiC固定传质体塔盘和多孔泡沫SiC规整填料的微观模拟,则将多孔SiC泡沫的真实骨架结构理想成十四面体结构单元的阵列,通过切割阵列获得多孔SiC固传质体和多孔SiC波纹板的微观物理模型。选用相应的两相流模型,对多孔泡沫SiC塔盘和规整填料进行微观两相流模拟。通过将模拟结果与实验分析值进行比较,验证微观模拟方法的准确度。对模拟获得的微观流场分布特点以及操作条件、微观结构参数对流场分布的影响进行了分析,并且还探讨了流体与多孔SiC泡沫材料之间的润湿性对微观流场和宏观特性的影响。本文对新型多孔泡沫塔盘和规整填料所进行的多尺度模拟研究,其方法可以为其他包含多孔材料的塔内件的研究提供物理建模、多相流模型选择和边界条件设置等方面的指导;其模拟结果可以用于深入的研究和分析多孔SiC泡沫塔内件的传质机理,还可以为其结构优化提供理论支持。