大口径复合式气体分布器流场CFD模拟和实验研究

【摘要】： 复合式气体分布器由双切向环流式气体分布器和双列叶片式气体分布器组合而成,是一种应用于大入口直径的大型塔设备上的气体分布装置,其性能优劣对塔器的分离效率和产品质量有重大影响。本文以应用于焦炉气CO_2吸收塔气体进口,塔径为6200mm,入口直径为3000mm的复合式气体分布器为研究对象,采用了实验与计算流体力学模拟相结合的研究方法,对流经复合式气体分布器的气相流场进行了较系统和深入的研究。为大直径大口径气体分布器的设计提供必要的实验数据,以及影响分布性能的主要参数。 表征气体分布器分布性能的指标有分布器压降ΔP、分布不均匀度M_f以及不同截面上的平均压力、速度、湍动能、湍动能耗散率等。本文中主要针对压降和不均匀度两个指标,就导流叶片数量N_v、折流板数N_b、环板宽度w和气体入口内外分流比μ_(io)等四个主要参数对分布性能的影响,进行了定量研究分析。结果表明,在本文所选塔径和入口直径参数下:导流叶片数量N_v对分布性能影响甚微,且无明显规律;折流板数N_b增加,压降变化很小,不均匀度先减小后增大,但变化幅度很小;环板宽度w增大,压降和不均匀度均先减小后增大,w=500mm时分布性能最好;气体入口内外分流比μ_(io)增大,压降逐渐减小,不均匀度先减小后增大,μ_(io)=4时分布性能最好。 另外,针对影响复合式气体分布器性能的因素对其进行了结构改进,包括改变内分布器上盖板位置、改变外分布器环板位置、环板上开均布圆孔、环板上开环形孔、直接去除环板、去除环板且翻转折流板、内筒前部开条形孔、内筒后部开条形孔、盖板上开三角形孔、增设内折流板和增设翻转的内折流板等,共十一种尝试。结果发现,环板下移、环板开孔或直接去除环板的结构变化,会使分布性能有较大的改善;盖板下移、盖板开孔和内筒前部开孔,则只能使分布性能略有好转;而其余内筒后部开孔和增设内折流板的形式,反而会使得分布性能恶化。 为验证模型与软件的可靠性,本文中对装有复合式气体分布器的实验塔内的气相流场进行了实验测定,并与相同条件下的模拟结果进行了对比,两者吻合较好。从而验证了CFD模拟软件的可靠性,也就验证了以上结论的可靠性。