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风载荷作用下浮阀塔盘两相流场的动态模拟研究

徐妍  
【摘要】:浮阀塔是化工中较为常见的生产设备之一,浮阀作为浮阀塔盘上的运动部件,其显著特点是浮阀开度随气相负荷自动调整。但近些年来,对于传统的浮阀塔盘研究都是最大开度下的研究,并非动态过程研究,且未考虑不同液相速度或不同气相速度下塔盘流场变化以及附加载荷(包括风载荷,地震载荷等)对其影响。实际工况下,风载荷对塔盘流场的影响也不可小视,本文结合风载荷因素,对塔盘上气液两相流场进行数值模拟。首先,本文建立浮阀塔整体模型,利用ICEM对模型进行网格划分,采用ANSYS Workbench进行模态分析得到浮阀塔的固有频率和固有周期。然后,利用数值风洞方法,建立整体浮阀塔风洞模型,得出浮阀塔外部流场、横风向振幅和顺风向振幅。其次,建立浮阀塔盘的物理模型,为了确保模型的准确性,本文对浮阀塔盘模型进行了网格独立性验证和清液层高度验证。最后,利用动网格技术对浮阀塔盘上气液两相流场进行多种工况的模拟,及风载荷下塔盘振动的模拟。通过监测浮阀的动态开启过程发现,靠近溢流堰侧存在“液包”的突起现象,在溢流堰处出现液相反向流动现象。改变浮阀塔盘的入口气速或液速条件时,塔盘上的气液体积分数、速度分布以及流动特性都发生了不同的变化。通过监测浮阀塔盘上不同位置还发现,液速随浮阀开度变化而变化,且在连续变化的过程中,液相速度呈上升趋势。并且有浮阀流场的气液流动形态更加规律更加均匀,浮阀个数与排列方式也直接影响塔盘上的流场分布。在探究塔盘顺风向倾斜的模拟中发现,浮阀塔盘倾斜方向的不同会对速度分布产生不均匀的影响,且随着塔盘倾斜,降液管处出现了射流现象和壁流现象。在横向周期振动的模拟中发现,浮阀塔盘周期振动直接影响速度分布、液面高度和体积分数等因素。通过数据监测得出,浮阀塔盘在一个复合振动周期内,由于塔盘振动方向不断变化,液流存在滞后现象,导致气相速度也发生波动,这种波动呈现先加速后减速的现象,但在整个振动周期内,气相速度有所增加。


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