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分析填料塔研究现状和存在问题的基础上,指出壁流效应和放大效应对填料塔发展的影响,提出了等几率填料塔传质模型用以解决填料塔壁流效应和放大效应。
设计了等几率填料单元格的划分方案。为了确定等几率填料的壁流、压降等流体力学性能和传质性能,设计了等几率填料塔的测试系统。在φ600×12mm规格的有机玻璃塔中,以典型的空气—水—氧气冷模实验系统分别对散堆鲍尔环填料、等几率填料和规整板波纹填料进行了实验研究。测定了普通填料塔和等几率填料塔的壁流规律、压降特性及传质效率,并对三者进行了对比实验研究。实验结果表明,等几率填料塔的壁流量比普通填料塔降低约6.5%~12.9%,压降几乎相当,传质效率提高约5.2%~7.6%。通过物料衡算推导出了填料塔的壁流数学模型,并通过实验确定了壁流数学模型中的参数,最终确定了散堆鲍尔环填料、等几率填料和规整板波纹填料的壁流方程。
通过引入表征体元的概念,采用体积平均方法建立了填料塔内气、液单相流的计算流体力学模型。并用流体力学软件(Fluent)对普通填料塔和等几率填料塔内的流体流动行为进行了数值模拟,得出了气相单相流的压力场、液相单相流的速度场和浓度场等模拟结果。经过对普通填料塔和等几率填料塔的模拟结果对比分析表明,等几率填料塔综合性能比普通填料塔更优,数值模拟结果与试验结果吻合较好。对等几率填料塔做了优化模拟,优化结果表明,实验所选的等几率填料塔的单元格是最优的。