[发明专利]采用低雷诺数湍流模型计算筛板萃取塔液液流场的方法

摘要

本发明公开采用低雷诺数湍流模型计算筛板萃取塔液液流场的方法，其包括以下步骤：（1）确定筛板萃取塔物理模型；（2）建立筛板萃取塔三维计算欧拉‑欧拉两相流模型；（3）采用低雷诺数湍流模型封闭纳维‑斯托克斯方程（N‑S方程）；（4）确定求解三维计算欧拉‑欧拉两相流体模型的边界条件和初始条件；（5）对其流体力学基本方程在计算域上进行离散化；（6）求解质量守恒方程和动量守恒方程，获得筛板萃取塔中每个网格单元的流场数据；（7）利用粒子成像测速技术测量萃取塔的实际流场，并根据测量数据进行调整与反馈，最终确定实用性模型。本发明实现了更精确计算筛板萃取塔液液流场的模型方法，为实际设计筛板萃取塔提供了可靠的流体力学信息。

主权项

1.采用低雷诺数湍流模型计算筛板萃取塔液液流场的方法，其特征在于：其包括如下步骤：步骤S1：确定筛板萃取塔物理模型，包括所述物理模型的几何结构，连续相和分散相组成及计算区域；步骤S2：建立筛板萃取塔三维计算欧拉‑欧拉两相流模型，获得质量守恒方程和动量守恒方程；具体为：每一相的运动由各自对应的质量守恒方程和动量守恒方程控制；(1)各相的质量守恒方程亦即连续方程，如下所示：连续相的质量守恒方程为：分散相的质量守恒方程为：其中，φ表示相的体积分数，ρ表示相的密度，单位为kg/m³，u表示相的速度，单位为m/s，c,d分别表示连续相和分散相变量；并且连续相的体积分率和分散相的体积分率满足兼容性条件：φ_c+φ_d＝1                                                     (3)连续相和分散相质量守恒方程可以简化为：连续相的质量守恒方程为：分散相的质量守恒方程为：方程(4)和方程(5)叠加得：控制两相质量守恒，欧拉‑欧拉模型求解方程(5)和(6)，方程(5)用来计算分散相的体积分数；(2)各相的动量守恒方程，如下所示：连续相的动量守恒方程为：分散相的动量守恒方程为：其中，p表示混合压力，对于两相认为是相等的，单位为Pa；τ表示相粘性应力张量，单位为Pa；g表示重力加速度矢量，单位为m/s²；F_m表示相间动量传递项，即一相施加另一相的体积力，单位为N/m³；F表示其他体积力，单位为N/m³；流体为牛顿性流体，粘性应力张量被定义为：其中，μ表示相动态粘度，单位为Pa·s；当体积分数趋于零时，方程(7)和方程(8)除以相对的体积分数即：步骤S3：采用低雷诺数湍流模型来封闭纳维‑斯托克斯方程；步骤S4：确定求解步骤S2所述三维计算欧拉‑欧拉两相流体模型的边界条件和初始条件；步骤S5：对其流体力学基本方程在计算域上进行离散化；步骤S6：求解步骤S2所述的质量守恒方程和动量守恒方程，获得筛板萃取塔每个网格单元的流场数据；步骤S7：判断步骤S6获得的每个网格单元的流场数据是否都小于收敛残差；如果是，则执行步骤S8，否则，重新确定边界条件和初始条件或网格单元的疏密程度，返回执行步骤S4；步骤S8：利用粒子成像测速技术测量萃取塔的实际流场，并根据测量数据进行调整与反馈，最终确定实用性模型。