规整填料塔液相流动的计算流体力学模拟

规整填料塔液相流动的计算流体力学模拟
张 鹏 刘春江 袁希钢 余国琮
( 化学工程联合国家重点实验室 ( 天津大学) 、天津大学化学工程研究所 , 天津 300072)
关键词 规整填料 计算流体力学 模拟
中图分类号 TQ 02811 文献标识码 A 文章编号 0438 - 1157 (2004) 08 - 1369 - 05
CFD S IM UL A T ION S O F L IQ U ID P HA S E FL O W IN
S TRU C TU R ED PAC KED COL U MN
ZHAN G Peng , L IU Chunjiang , YUAN Xigang and YU Guoco ng ( K1 T1 Yu)
( S t ate Key L aboratory of Chem ical En gi neeri n g ( T i anji n U ni versi t y) ,
Chem ical En gi neeri n g Resea rch Center , T i anji n U ni versi ty , T i anji n 300072 , Chi n a)
Abst ract Liquid flow behavio r , such as velocity dist ributio n , in t he packed column is of co nsiderable
impo rtance in deter mining column perfo r mance . U sing t he volume2averaged met ho d , a co mp utatio nal fluid
dynamics ( CFD) mo del was p ropo sed to describe t he liquid flow behavio r in a st ruct ured packing column w here
t he gas p hase is statio nary. A column packed wit h Mellapak 350 Y had an inside diameter of 150 mm and a
height of 1000 mm was simulated by solving t he flow equatio ns. A co mmercial CFD co de , P HO EN ICS 313 ,
was used to p redict t he fluid dynamics behavio r of t he liquid p hase flow . The simulated p rofiles of p ressure ,
velocit y and co ncent ratio n of t he t racer were p resented. The axial backmixing coefficient s evaluated by t he CFD
result s were p resented and co mpared wit h t he experimental data and t he relative deviatio n was 318 % —3618 %.

Keywo rds st ruct ured packing , co mp utatio nal fluid dynamics , simulatio n
展和计算机的快速更新换代 , 使得用 CFD 方法解
决填料塔内的问题成为可能. 从事这方面研究较早
的有 余 国 琮 学 科 组
1
, 他 们 曾 以 严 格 的 Navier2
引 言

规整填料因具有诸多优异性能 , 已在工业上广
泛应用 , 但是至今人们对规整填料内流体流动机理
的研究还不是十分透彻 , 从而限制了其进一步的发
展和更新. 与散堆填料不同 , 规整填料在结构上既
有规整性又有复杂性 , 属各向异性 , 因此对其内流
体流动的研究具有一定的难度. 而现代计算流体力
学 (co mp utatio nal fluid dynamics , 简称 CFD) 的发
Sto kes 方程 (简称 N2S 方程) ( 或 Reynolds 方程)
及连续性方程为基础 , 用较简化的边界条件对填料
塔内带有传质 (增湿 、减湿) 的气液两相流流动进
行了模拟 , 在求解速度分布的同时与传热和传质方
程联解 求 出 温 度 及 浓 度 ( 湿 度 ) 分 布. 1998 年 ,
Krishna 学科组
2 ～4
对规整填料反应床内的液相返
2003 - 09 - 22 收到初稿 , 2004 - 02 - 13 收到修改稿.
联系人 : 刘春江. 第一作者 : 张鹏 , 男 , 33 岁 , 博士 , 现在
吉林化工学院工作.
Received date : 2003 - 09 - 22 .
Co rrespo nding aut ho r : Dr . L IU Chunjiang. E - mail : cjliu @
tju1edu1cn
Fo undatio n item : suppo rte d by t he Natio nal Nat ural Science Fo un2
datio n of China ( No120206021) and t he Nat ural Science Fo undatio n of
Tianjin ( No1023606711) .
基金项目 : 国家自然科学基金项目 ( No120206021) 和天津市
自然科学基金项目 ( No1023606711) 共同资助.
研究简报