三维波纹结构塔板上薄膜流体的流动特性研究

在化工传质过程中,薄膜流体(film flow)经常被用来改善液体与气体间的质量传递。填料板上的波纹结构能引起液体薄膜流动特性的改变,从而提高薄膜流体的传质效率。在本次研究中,作者对三维波纹结构塔板上的液体薄膜进行数值仿真,研究了三维波纹结构对液体薄膜流动特性的影响,并分析流动特性与气液两相间传质的联系。数值仿真中使用了开源计算流体力学软件Open FOAM中基于VOF(volume of fluid)法的多相流求解器计算薄膜流体自由表面位置。将数值仿真中的速度计算结果与文献中基于PIV(particle image velocimetry)法的测量实验结果比较后发现,两者吻合良好。在此基础上,对三维结构波纹上薄膜流体的流场进行分析。结果显示,三维波纹结构除了能在薄膜流体中引起竖直方向上的速度发生变化外,还能造成与流体流动方向垂直的横向扰动,这是二维波纹结构不具有的作用。在三维波纹结构塔板上,流体在波谷处汇聚,在到达下一个波峰时又分散。这种流动特性对不同浓度的流体进行混合非常有利,从而能大幅度提高薄膜流体与气相间的传质效率。