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年产4.4万吨过硫酸铵联产8万吨液态二氧化碳项目—CFD设计说明书

齐齐哈尔大学小宇宙团队

目录

TOC\o1-3\h\z\u第一章简介 1

第二章模拟方法 2

2.1模型假定 2

2.1.1边界条件的设定 2

2.1.2网格的划分 2

2.1.3喷淋塔的网格生成 3

2.1.4脱硫吸收塔的数值模拟过程 3

2.1.5模拟空塔气速 3

2.2CFD的基本方程 4

2.2.1连续性方程 4

2.2.2动量方程 4

2.2.3湍流方程 5

2.2.4欧拉一欧拉模型 6

2.2.5湍流多相模型 6

2.2.6液滴尺寸 7

第三章结果与讨论 8

3.1单相流（气相）湍动场 8

3.2有喷淋时 9

3.3有无喷淋的对比 10

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齐齐哈尔大学小宇宙团队

第一章简介

FLUENT是用于模拟具有复杂外形的流体流动以及热传导的计算机程序。它采用非结构网格以缩短产生网格所需要的时间，可以模拟具有复杂几何结构的流场，并且具有使网格适应流场的特点。所有涉及流体流动、热交换和分子运输等现象的问题，包括多空介质流动，风扇和热交换器的集总参量计算，流向周期流动与传热，有旋流动和动坐标系下流动问题都可以使用FLUENT进行分析和模拟。FLUENT不仅可以作为研究工具，还可以作为设计工具，因此在水利、土木、石油、天然气、环境等领域发挥着重要作用。

第二章模拟方法

2.1模型假定

为模拟SO2被氨水物理，化学吸收过程对吸收塔做出如下假设：

气相为连续相，液体相为离散相;

气体吸收过程为稳态，且液体不可压缩;

熔解热和反应热被液相吸收;

忽略气相与液相间热量传递;

吸收塔塔壁是绝热壁面，即吸收塔与环境之间没有热量交换。

基于以上假设，计算中需要考虑的模型有:湍流模型、多相流模型(含多相流中的湍流模型)、传质模型。

2.1.1边界条件的设定

边界条件的设定，对于复杂流场的收敛性有着决定性的影响。在某些计算条件下可能会有若干种边界条件可选择，选择恰当的边界条件能够有效提高计算的收敛速度。

对于进口边界条件，由于进口流率已确定，并且考虑到质量流率进口边界在欧拉多相流中不适用，因此选定速度进口。该边界条件应用于气相及液相进口，以下各章的计算中均是如此。

2.1.2网格的划分

网格的划分关系到模拟是否准确，同时为了减轻计算机的负担需要将网格节点数降到最低，网格质量越高与计算精度收敛速度越快，因此作为模拟的重要步骤之一，我们有必要寻求网格的独立性。表2-1为脱硫吸收塔的塔径，入口尺寸等结构尺寸，具体参数如下。

表2-1塔的结构参数

序号

项目

参数数值

1

喷淋塔塔径/m

10

2

入口尺寸(长*宽)/m

4*3

3

出口直径/m

3

4

喷淋层间距/m

2

5

入口角度α/°

15

6

出口布置方式

顶部出

根据表2-1，可利用GAMBIT软件简化并进行物理建模，最后划分网格，以得到可以利用FLUENT运算的模型。

2.1.3喷淋塔的网格生成

本文采用FLUENT对脱硫吸收塔进行模拟以得到塔内的流体流动情况，在GAMBIT中建立物理简化模型，并生成网格。采用四面体结构化网格，并对网格质量进行检查，每个网格单元的最小内角大于18°、最小雅克比矩阵与最大雅克比矩阵行列式的比值大于0.7。

2.1.4脱硫吸收塔的数值模拟过程

根据求解目标利用CFD前处理软件GAMBIT建立吸收塔的数学物理模型。确定所解决问题的特征之后，一般需要按照以下的基本步骤来解决问题。

利用GAMBIT创建基本模型后划分网格，并倒入FLUENT选择合适的结算器：2D，3D，2DDP，3DDP。在FLUENT中检查倒入的网格是否正确合理，选择解算方式，选择需要解的基本方程:层流或湍流、化学组分或化学反应、热传导模型等。之后选择需要额外考虑的模型如雾化模型，多孔介质模型等。在FLUENT数据库里调取所需材料的物理性质，如果数据库内没有所需材料的物理性质，则需要查阅相关资料后自行添加。指定边界条件，如速度入口，压力入口，速度出口，压力出口等。最后调节控制参数并初始化流场，进行计算。

2.1.5模拟空塔气速

空塔气体的流体流动情况将是后续所有计算的基础，该步计算的主要目的是得到气相流速分布。为简化计算，将通入气体简化为空气，具体操作步骤如下：

建立空塔模型并划分网格，并将模型倒入至FLUENT6.3中。

设置边界条件，将气体进口设置为速度进口，气体速度为10m/s，湍流程度为10%，入口水力学直径为3m，出口为压力出口，出口水力学直径为1m。

设置在Z轴方向上有重力，重力加速度为9.8m/s2