刮膜式分子蒸餾蒸發(fā)液膜模擬中兩種湍流模型的比較 PDF
向愛(ài)雙 許松林
(天津大學(xué)化工學(xué)院國(guó)家精餾技術(shù)中心, 天津 300072)
1 概述
刮膜式分子蒸餾是分子蒸餾的一種, 它與降膜式和離心式分子蒸餾的不同主要在于形成蒸發(fā)液膜的作用力不同. 隨著刮膜轉(zhuǎn)子的快速轉(zhuǎn)動(dòng), 液體在蒸發(fā)表面上形成均勻的液體薄膜, 加強(qiáng)了傳熱、傳質(zhì)過(guò)程, 顯著縮短了物料的停留時(shí)間, 從而能避免物料的熱分解. 根據(jù)文獻(xiàn), 降膜式和離心式分子蒸餾的蒸發(fā)液膜呈現(xiàn)層流流動(dòng)[1]. 但對(duì)刮膜式分子蒸餾來(lái)說(shuō), 液膜流動(dòng)至少在刮膜轉(zhuǎn)子附近是湍流狀態(tài)的.
利用CFD軟件模擬蒸發(fā)液膜的流體流動(dòng)來(lái)研究刮膜式分子蒸餾, 是一種新的理論研究方法. 根據(jù)理論分析, 可以建立RNG和Realizable k-ε 兩種湍流模型研究近壁面湍流流動(dòng), 但是這兩種模型的優(yōu)越性需要在實(shí)際模擬中加以比較[2]. 研究中還建立了VOF多相流模型來(lái)追蹤氣液相界面, 模擬液面的波動(dòng)情況, 并采用了增強(qiáng)壁面函數(shù)方法進(jìn)一步處理近壁面情況. 在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下, 分別針對(duì)上述兩種湍流模型進(jìn)行求解, 并比較了兩種模型下的模擬結(jié)果. 主要包括液面波動(dòng)情況的比較、特殊點(diǎn)處流速隨模擬時(shí)間變化的比較、流場(chǎng)區(qū)域內(nèi)流體流速、湍動(dòng)能及湍流耗散率等高線和收斂性等方面的比較.
2 基本假設(shè)
旋轉(zhuǎn)刮膜式分子蒸餾裝置的蒸發(fā)器內(nèi)設(shè)置了一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的刮膜器, 使物料均勻地覆蓋在加熱面上, 強(qiáng)化了傳熱和傳質(zhì),縮短了停留時(shí)間, 降低了熱分解性, 工業(yè)上應(yīng)用比較廣泛[3]. 但由于物料在流動(dòng)的同時(shí)也加入了機(jī)械力的作用, 導(dǎo)致分子蒸餾過(guò)程的傳熱、傳質(zhì)研究變得異常復(fù)雜. 圖1為計(jì)算所參考的刮膜式分子蒸餾裝置[4], 液膜位于加熱夾套2與刮膜轉(zhuǎn)子4之間的部分, 轉(zhuǎn)子是由三根成120°, 直徑為4 mm的金屬柱組成的.
操作中, 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速一般為(120±30) rpm, 液膜切向速度遠(yuǎn)大于重力引起的軸向速度. 此外, 液膜的軸向距離(20 cm)遠(yuǎn)大于液膜厚度(0.01~0.025 cm, 計(jì)算中選取0.05 cm). 實(shí)際操作為高真空(絕對(duì)壓力大于0.01 Pa), 存在傳質(zhì)和傳熱, 非常復(fù)雜. 因此, 為簡(jiǎn)化計(jì)算, 僅考慮不可壓縮液膜并忽略傳質(zhì)和傳熱的情況. 基于以上分析, 作如下假設(shè): (1) 重力對(duì)流動(dòng)影響忽略不計(jì); (2) 液膜軸向速度無(wú)變化, 僅切向和徑向速度改變; (3) 計(jì)算流體為不可壓縮的.……
全文PDF：刮膜式分子蒸餾蒸發(fā)液膜模擬中兩種湍流模型的比較 PDF
PS:相關(guān)資料來(lái)自網(wǎng)絡(luò)連接，本站對(duì)資料共享者表示由衷的感謝！網(wǎng)絡(luò)資源紛繁，本站不能保證資料的絕對(duì)準(zhǔn)確性，不到之處，請(qǐng)觀者諒解。