【摘 要】
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本文以自主研发的Winpak规整填料为研究对象,采用计算流体力学（CFD）方法以及理论模型相结合的方法,对填料内部的干压降及液相分布进行了系统的研究,从多尺度的角度对Winpak填料的流体力学性能进行了数学建模。干压降作为湿压降的基准,可以反映填料的能耗及通量。为此,本文对Winpak填料的干压降贡献机理进行研究。将Winpak填料的干压降归纳为2种压力损失,并通过代表单元内的CFD模拟研究填料结
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本文以自主研发的Winpak规整填料为研究对象,采用计算流体力学（CFD）方法以及理论模型相结合的方法,对填料内部的干压降及液相分布进行了系统的研究,从多尺度的角度对Winpak填料的流体力学性能进行了数学建模。干压降作为湿压降的基准,可以反映填料的能耗及通量。为此,本文对Winpak填料的干压降贡献机理进行研究。将Winpak填料的干压降归纳为2种压力损失,并通过代表单元内的CFD模拟研究填料结构对压降的影响。模拟结果表明,增大导流窗切割角度可有效降低压降。此外,将CFD模拟结果与现有理论模型相结合,对Winpak填料的全塔干压降建立了预测模型,预测结果与实验值吻合良好,平均误差仅为6.9%,可作为工程实践的理论依据。填料塔内的液相分布在一定程度上影响了其分离过程的传质性能。因此,本文在350Y型传统板波纹填料研究的基础上,采用CFD模拟与单元网络模型相结合的多尺度方法,对350Y型Winpak填料内的液相分布进行建模,将其局部流体力学特性与宏观液相分布建立了联系。首先,根据Winpak填料的结构特性,归纳出6个代表单元,并通过CFD模拟获得局部流体力学性能和液相分配系数。然后,利用液相分配系数建立单元网络模型以描述填料内的液相分布。结果表明,导流窗对液膜的分割作用是Winpak填料持液量及有效润湿面积提升的主要原因,并且可以有效改善规整填料的壁流现象。此外,在不同的操作条件下,Winpak填料内存在3种液相流型,其中第一类代表单元内的混乱流状态可用于表征液泛现象的出现,且不同的流型影响局部流动特性。
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