·576· 工程科学学报，第38卷，第4期 模拟研究，得到一个改进型的气体分布器结构.崔世 纯和陈金娥圆、张吕鸿等网、钟思青等模拟研究单 一的气体分布器的轴向流固定床内部流场特性，但未 提及气体分布器的具体结构及其优化方案. 轴向流吸附器内部流场的气流分布是否均匀，将 直接影响到变压吸附的理论研究结果及实际的气体分 离效果.轴向流吸附器的理论研究大多假设吸附器内 气体流动是均匀分布的活塞流，即巴=0.由于轴 ar 向流吸附器内部流场的气体分布不均将造成沟流、壁 面效应、吸附剂过早被穿透、吸附剂使用不平衡等问 题，将严重影响产品气的产量及纯度，如图1所示.本 图2轴向流吸附器的物理模型 文以轴向流吸附器内部流场为研究对象，对吸附器内 Fig.2 Physical model of the axial flow absorber 部气体的流动特性进行数值模拟，比较轴向流吸附器 内未加气体分布器、加单一多孔板气体分布器、多孔板 气体分布器与单级挡板组合等3种型式对轴向流吸附 器内部流场的气流分布影响，从而为轴向流吸附器的 结构优化设计提出参考依据. 很少通过此处 上要流线 一在此形成空穴 图3气体分布器的物理模型 定床层顶部 Fig.3 Physical model of the flow distributor 死角 表1轴向流吸附器结构尺寸 Table 1 Structure size of the axial flow absorber 结构尺寸 数值 结构尺寸 数值 图1流场分布不均匀的轴向流吸附器 筒体直径/m 0.06 筒体高度/m 0.05 Fig.1 Axial flow absorber with uneven flow distribution 入口直径/m 0.01 入口长度/m 0.02 出口直径/m 0.01 出口长度/m 0.02 1数学模型 分布器小孔开孔直径/m0.003 分布器开孔率 0.5 吸附剂孔隙率 0.5187吸附剂颗粒直径/m0.0016 1.1物理模型 以某小型轴向流吸附器为研究对象建立物理模 (2)动量方程： 型，如图2所示.整个轴向流吸附器包括4个部分：进 口端、多孔板气体分布器、中间吸附剂柱及出口端.吸 P- +p叫，a 附器端部的气流分布器的物理模型如图3所示.轴向 (2) 流吸附器的内部结构尺寸如表1所示 (3)k-e方程： 1.2控制方程 ak 本文研究过程未考虑吸附过程，采用k一ε双方程 P at +P.-pe;(3) 湍流模型 (1)连续性方程： a=0. (4) (1) ax; 式中：u为流速；p为流体密度；t为时间；ua为有效黏工程科学学报，第 38 卷，第 4 期 模拟研究，得到一个改进型的气体分布器结构． 崔世 纯和陈金娥［8］、张吕鸿等［9］、钟思青等［10］模拟研究单 一的气体分布器的轴向流固定床内部流场特性，但未 提及气体分布器的具体结构及其优化方案． 轴向流吸附器内部流场的气流分布是否均匀，将 直接影响到变压吸附的理论研究结果及实际的气体分 离效果． 轴向流吸附器的理论研究大多假设吸附器内 气体流动是均匀分布的活塞流［11--16］，即 v r = 0． 由于轴 向流吸附器内部流场的气体分布不均将造成沟流、壁 面效应、吸附剂过早被穿透、吸附剂使用不平衡等问 题，将严重影响产品气的产量及纯度，如图 1 所示． 本 文以轴向流吸附器内部流场为研究对象，对吸附器内 部气体的流动特性进行数值模拟，比较轴向流吸附器 内未加气体分布器、加单一多孔板气体分布器、多孔板 气体分布器与单级挡板组合等 3 种型式对轴向流吸附 器内部流场的气流分布影响，从而为轴向流吸附器的 结构优化设计提出参考依据． 图 1 流场分布不均匀的轴向流吸附器 Fig． 1 Axial flow absorber with uneven flow distribution 1 数学模型 1. 1 物理模型 以某小型轴向流吸附器为研究对象建立物理模 型，如图 2 所示． 整个轴向流吸附器包括 4 个部分: 进 口端、多孔板气体分布器、中间吸附剂柱及出口端． 吸 附器端部的气流分布器的物理模型如图 3 所示． 轴向 流吸附器的内部结构尺寸如表 1 所示． 1. 2 控制方程 本文研究过程未考虑吸附过程，采用 k--ε 双方程 湍流模型． ( 1) 连续性方程: ui xi = 0． ( 1) 图 2 轴向流吸附器的物理模型 Fig． 2 Physical model of the axial flow absorber 图 3 气体分布器的物理模型 Fig． 3 Physical model of the flow distributor 表 1 轴向流吸附器结构尺寸 Table 1 Structure size of the axial flow absorber 结构尺寸 数值 结构尺寸 数值 筒体直径/m 0. 06 筒体高度/m 0. 05 入口直径/m 0. 01 入口长度/m 0. 02 出口直径/m 0. 01 出口长度/m 0. 02 分布器小孔开孔直径/m 0. 003 分布器开孔率 0. 5 吸附剂孔隙率 0. 5187 吸附剂颗粒直径/m 0. 0016 ( 2) 动量方程: ρ ui t + ρuj ui xj = ρfi － p xi +  x [j μeff ( ui xj + uj x ) ] i ． ( 2) ( 3) k--ε 方程: ρ k t + ρui k xi =  x [ ( j μ + μt σ ) k k x ]j + Pk － ρε; ( 3) ρ ε t + ρui ε xi =  x [ ( j μ + μt σ ) ε ε x ]j + ε k ( C1εPk － C2ε ρε) ． ( 4) 式中: u 为流速; ρ 为流体密度; t 为时间; μeff为有效黏 · 675 ·