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第
28
卷第
l
期
2006
年
l
月
南京工业大学学报
JOURNAL
OF
NANJING
UNIVERSITY
OF
TECHNOLOGY
Vo
l. 28
No.
1
Jan. 2006
化工计算传质学的一个改进模型
孙志民,袁希钢,文
IJ
春江,余国琼
(化学工程联合国家重点实验室(天津大学)
,天津大学化工学院,天津
300072)
摘
要:计算传质学模型由浓度输运方程及其封闭方程和相应的计算流体力学模型组成。使用这一模型可同时计
算出瑞流传质扩散系数、三维浓度场和速度场分布。但刘伯浮提出的传质封闭方程
c2-Er
模式,形式复杂而且其
模型常数均直接借鉴于传热研究;此外,由于计算流体力学模型对最终浓度场的预测结果有着重要的影响,所以有
对其进一步改进的必要。文中对传质封闭方程进行了简化并重新确定了模型常数,而且对计算流体力学模型进行
了改进使其预测结果与文献中的实验值符合得更好。通过与文献中的消流传质扩散系数Jt浓度值的比较,证明了
这一简化的可行性。
关键词:计算传质学
;c2-EF
模型;瑞流传质扩散系数;模拟;筛板塔
中图分类号:
T
Q0
28. 1
文献标识码
:A
文章编号:
1671
-7643(2
∞
6
)01
∞
05
-06
可行性
O
传质学模型
1.
1 c
2
-
8
c
模型的简化
;由流传质方程经时均化后的形式为:
精馆是一项成熟的分离技术并被广泛采用。但
对塔板效率的预测及对精锢塔的设计还主要使用经
验的方法,这对精馆技术的进一步发展形成了障
碍
[l]O
随着计算机技术和数值计算方法的发展,使
用数值方法进行研究己为多个学科所接受,并形成
了新的交叉学科,如计算流体力学、计算传热学等。
计算流体力学在化工中已得到了广泛的应用,自
1992
年余国琼
[2J
提出将其应用到筛板塔的流场预
测中之后,多个研究者对其进行了进一步的研究并
得出了很多有意义的结果
[3
-9J
。由于流场是影响塔
θC
一
θC
θ
I
~
ac \
+【
/i
一
=
oV
I D
~.~
-
UjC
1 +
Sc
( 1 )
at
. J
aX
j
加
j
加
:j
J J
板效率的一个重要因素,所以使用计算的方法来改
进对精馆塔效率的预测是一种顺理成章的想法。
2003
年刘伯潭口。]提出了封闭揣流传质方程的
c2-
8
c
模型,使其不再依赖于经验关联式
,
2005
年孙志
民等人川将其应用到对工业规模精馆塔的传质模
拟中,证明了这一方法的可行性。但这一模型形式
复杂而且其模型常数均直接借鉴于传热研究,同时
所使用的计算流体力学模型还有进一步改进的余
地。所以本文对传质封闭方程进行了简化并得出了
基于传质过程的模型常数,而且对计算流体力学模
型进行了改进使其预测结果与文献中的实验值符合
得更好。通过与文献中精馆塔的揣流传质扩散系数
以及出口浓度的实验值相比较,证明了这一简化的
谨以此文深切悼念我国化学工程学宗师时钧院士
收稿日期
:2006
10
10
基金项目:国家自然科学金资助
(20136016
)
式中
tb
为时均流速,由计算流体力学方程给出
;c
为
时均质量分数;式中的
ujc
根据
Boussinesq
假设可将
其表示为:
一
~θC
U.C
= - U.
一-
J
'θzl
式中的揣流传质扩散系数
D
,
被定义为:
D.
=
C.kl
生三,1/
2
飞
8
8..1
(2)
(3)
这里的
c2
为浓度方差,反映浓度脉动的强度,矶为浓
度方差耗散率:
~
aC aC
8..
=u
一一一一
azjozj
(4)
使用与推导
k-8
方程相似的方法可以得出
c2
和矶的精确输运方程:
作者简介:苦
j
、志民(1
978-)
,男,河北保定人,博士生,主要研究方向为化工计算传质学:袁希钢(联系人)
:教授,
E-mail: yuanxg@tju.edu.cn