亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        船用脫硫塔塔內(nèi)氣流場的數(shù)值模擬研究

        2015-12-12 10:03:52李國誠
        船舶標準化工程師 2015年4期
        關(guān)鍵詞:塔內(nèi)船用湍流

        李國誠,鄭 高

        (公安海警學院機電管理系,浙江寧波 315801)

        0 引言

        《國際防止船舶造成污染公約》附則VI《技術(shù)規(guī)則修正案》已經(jīng)正式生效,附則規(guī)定到2020全球硫化物排放上限降低到0.50%,而在排放控制區(qū)域則必須降到0.10%。所以,對船舶硫化物排放的控制十分迫切,以滿足IMO的新標準。

        海水脫硫法是目前控制船舶硫化物排放的主要方法之一,具有成本低、經(jīng)濟性好、效率高等優(yōu)點,而且不產(chǎn)生二次污染,因而被廣泛地應(yīng)用于陸上電廠、化工等行業(yè)。前人對陸基脫硫塔進行了大量的研究,包括對脫硫塔的經(jīng)濟性、脫硫效率、性能、脫硫后對海水水質(zhì)的影響以及其設(shè)計等,取得了大量成果。許樂平教授采用冷態(tài)實驗對比湍球塔和噴淋塔的海水脫硫效率,重點研究海水參數(shù)和煙氣對湍球塔和噴淋塔脫硫的影響[1]。文獻[2]運用Aspen Plus V7.2軟件模擬了海水脫硫過程,著重研究了海Fluent軟件,對300MW機組濕法煙氣脫硫系統(tǒng)噴淋塔內(nèi)阻力特性進行了數(shù)值模擬,著重研究了不同塔水脫硫過程中各個參數(shù)對脫硫效率和脫硫后海水pH值的影響。李祝等人著重研究海水脫硫技術(shù)在電廠的應(yīng)用實踐,建議對脫硫設(shè)備的氣-氣換熱器壓差以及抗腐蝕性能、進行進一步研究[3,4]。林永明利用徑、不同噴淋間隙等運行工況下噴淋塔內(nèi)的阻力特性[5]。陳紹敏通過分析海水脫硫的經(jīng)濟性,指出海水脫硫技術(shù)具有系統(tǒng)運行可靠、工藝流程簡單、脫硫效率高、成本低等優(yōu)點[6]。粱川通過數(shù)值模擬和實測實驗的對比,對Flakt-Hydro海水脫硫工藝進行研究,指出海水脫硫工藝對周邊水質(zhì)產(chǎn)生的影響小,但不會危害對海洋微生物群[7]。沿海煤電廠的實際運行實踐和各種理論研究都表明:在預防二次污染、脫硫效率、經(jīng)濟性、可靠性等方面,海水脫硫工藝符合船舶尾氣脫硫的要求,因此其在船舶上也有較好的應(yīng)用前景。

        船用脫硫塔的設(shè)計決定了塔內(nèi)流場的分布,塔內(nèi)流場的分布和噴淋方式的布置直接影響到脫硫效率。現(xiàn)有的脫硫塔數(shù)值模擬研究對象大多面向化工,電廠化工行業(yè)。電廠化工行業(yè)以是煤炭作為主要燃料,而海船船舶是以燃料油為主;電廠化工的產(chǎn)生煙氣脈動率很小,幾乎為零,而船用柴油機排氣是不斷脈動的;使用燃料的不同,煙氣脈動率不同,燃燒后硫化物占廢氣中的比也不同。此外,陸地脫硫塔大多高達幾十米,占地面積大,在船舶上安裝使用脫硫塔,受船舶空間限制,船用脫硫塔必須小型化。因此,以現(xiàn)有陸基脫硫的各項標準應(yīng)用于船用脫硫塔是不可行的,陸基脫硫的各項標準只能作為船上應(yīng)用的參考。至今關(guān)于對船用脫硫塔塔內(nèi)流場的研究報道不多。這表明很有必要對船用脫硫塔塔內(nèi)流場分布進行理論研究,以探究脫硫塔內(nèi)噴淋方式的合理布置。本文以試驗船用脫硫塔為研究對象,探討切向進氣脫硫塔塔內(nèi)流速的分布和湍流強度變化趨勢,為船用脫硫塔的設(shè)計提供參考,為船用脫硫塔噴淋方式的布置提供理論支持,為進一步確定脫硫塔內(nèi)湍流球的數(shù)量提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

        1 主要試驗設(shè)備與方法

        1.1 主要試驗設(shè)備

        1)船用脫硫塔

        根據(jù)實驗柴油機的額定工況下廢氣排放量,基于雷諾數(shù)相等原則,上海海事大學設(shè)計建造了試驗用船用脫硫塔,如圖1所示,其基本參數(shù)列在表1中;

        2)船用柴油機,型號G128ZC,上海柴油機廠制造;

        3)德圖350側(cè)量儀器,德圖儀器國際貿(mào)易(上海)有限公司生產(chǎn)。

        圖1 船用脫硫塔

        表1 試驗船用脫硫塔主要基本參數(shù)

        1.2 試驗方法

        1.2.1 海水脫硫工藝在船上應(yīng)用的流程

        主機排出的尾氣,在廢氣鍋爐中被吸收余熱,溫度降低,進行進一步降溫和除塵后,進入船用脫硫塔脫硫,充分脫硫后,排入大氣。用于脫硫的海水從脫硫塔排出后,經(jīng)過充分稀釋和曝氣后,排入大海。工藝流程如圖2所示[8]。

        圖2 船用脫硫塔脫硫工藝流程

        1.2.2 試驗裝置及參數(shù)測取

        試驗在空塔運行(無海水噴淋,不添加湍流球)以及柴油機額定工況下進行,在脫硫塔上選取了四個測量位置,即1、2、3、4號孔,測量位置如圖3所示。在1、2、3、4號孔測量沿塔半徑不同深度的流速。取塔的底部為Z=0截面,1號測量孔位置為Z=0.5截面,2號測量孔為Z=0.9截面,3號測量孔為Z=1.3截面,4號測量孔為Z=1.5截面;試驗船用脫硫塔塔內(nèi)半徑為47.5cm,在每一個測量截面取6個測量點,測量深度分別距離塔壁面2cm(貼近塔壁面)、11cm、20cm、29cm、38cm、47cm(接近塔心),編號分別為1、2、3、4、5、6,每個點測取三次取平均值為實測數(shù)據(jù)。

        圖3 脫硫塔試驗測量位置簡陋圖

        2 數(shù)值模擬方法與求解

        2.1 船用脫硫塔模型和控制方程

        2.1.1 網(wǎng)格劃分

        對試驗船用脫硫塔進行簡化建模,在Gambit軟件中,對簡化后的模型進行合理的網(wǎng)格劃分,如圖4所示。

        圖4 網(wǎng)格圖

        2.1.2 塔內(nèi)控制方程

        基于計算量、計算速度、和計算機硬件條件,脫硫塔進氣方式等條件。當脫硫塔內(nèi)廢氣已完全處于湍流,雷諾數(shù)(Re)足夠大時,忽略塔壁面的邊界層層流的影響,通過雷諾時均 N_S方程組、采用RNG k-e湍流模型對塔內(nèi)的煙氣進行計算。RNG k-e湍流模型方程如式(1)和式(2)所示。

        式中:YM為在可壓縮湍流中過渡擴散產(chǎn)生的波動;Gb為浮力產(chǎn)生的湍流動能;c1、c2、c3是常量;Se、Sk是用戶自定義常量值;k?、e?是k方程和e方程的 Prantl 數(shù);C1ε=1.44,C2ε=1.92,Cμ=0.09,δk=1.0,δg=1.3;GK為層流速度梯度產(chǎn)生的湍流動能,如式(3)所示。

        式中:μt為湍流粘度,如式(4)所示。

        2.2 塔內(nèi)過程控制方程

        2.2.1 邊界條件

        試驗主要研究脫硫塔空塔運行時的湍流強度變化趨勢和塔內(nèi)氣流分布。即在試驗柴油機額定工況下,無噴淋、不加湍流球時候,以速度為邊界條件?;趉-e(RNG)模型,采用以速度為原始變量,采用二階精度,選用SIMPLE算法、在Fluent軟件中對脫硫塔塔內(nèi)氣流場進行計算。脫硫塔進口處廢氣平均流速V的計算公式如下所示:

        式中:Q為額定工況下柴油機廢氣量,m3/h;V為廢氣平均流速,m/h;D為脫硫塔進氣口直徑,m2。

        2.2.2 基本假設(shè)

        1)船用柴油機產(chǎn)生的廢氣,看作牛頓粘性流體,忽略船用脫硫塔內(nèi)噴嘴、管路等阻件對廢氣流動的影響;

        2)用空氣代替柴油機產(chǎn)生的廢氣,對塔內(nèi)氣流進行模擬;

        3)基于定性分析和計算機硬件限制,將收斂條件定為10-6;

        4)實物圖中是圓形管道進氣,切向角度為83°,為了方便進行網(wǎng)格劃分,得到更精確的網(wǎng)格,基于流量守恒,本文的幾何模型為采用正方形管道進氣。切向角度為90°。

        3 模擬結(jié)果分析

        3.1 塔內(nèi)速度場模擬結(jié)果分析

        圖5 Z=0.5截面速度大小云圖

        圖5表明,在截面煙氣以較高的流速進入塔內(nèi)后,廢氣流速迅速下降,廢氣貼近塔壁旋轉(zhuǎn)流動。越靠近進口,越貼近塔壁,廢氣速度越大,而靠近塔中心處煙氣速度最小。原因是廢氣切向進入塔內(nèi)后,體積突然增大,速度能轉(zhuǎn)化為壓力能。

        圖6表明,在脫硫塔內(nèi)廢氣入口面以下(Z=0.2與Z=0.4截面之間)形成了一個半徑較小的漩渦,在脫硫塔煙氣進口以上(Z=0.6與Z=0.9截面之間)形成一個半徑較大的漩渦。原因是,廢氣進口位于Z=0.5截面,廢氣進入脫硫塔后同時向上下迅速擴散,向下擴散的廢氣因塔底限制而回流,回流遇到新的向下流動的廢氣,在進口截面下形成了小漩渦;回流遇到新的向上流動的廢氣,在塔內(nèi)進口截面以上的較大空間形成了較大的漩渦。兩個漩渦的形成,有利于廢氣在塔內(nèi)充分混合,增大了煙氣在塔內(nèi)停留時間,可以延長氣液接觸時間,提高船用脫硫塔的脫硫效率。

        圖6 塔內(nèi)氣流流速沿塔高分布圖

        圖7 Z=0.7截面流動速度向量圖

        圖8 Z=1.5截面流動速度向量圖

        圖6、7、8表明煙氣在塔內(nèi)各個截面總體的流動趨勢是,廢氣整體以旋流的方式往上流動,越靠近壁面廢氣流速越大,越靠經(jīng)塔中廢氣流速越小,廢氣沿著塔高的方向,切向流速不斷降低,而在Z=1.5截面以后,塔內(nèi)旋流明顯減弱。

        3.2 塔內(nèi)湍流強度模擬結(jié)果分析

        1)圖7中的Z=0.5截面(進口截面)湍流強度云圖表明,在入塔口處廢氣湍流強度最大。這是因為塔進氣方式為切向進氣,廢氣進入塔內(nèi),受到了靠近塔內(nèi)進口一段圓弧塔壁的阻擋。廢氣沿著塔壁繞行一周后,湍流強度明顯減少。

        圖9 Z=0.5截面(進口截面)湍流強度云圖

        圖10 Z=0.7截面湍流強度云圖

        圖11 Z=1.1截面湍流強度云圖

        圖12 Z=1.5截面湍流強度云圖

        2)根據(jù)圖7、8、9、10觀察各個截面的湍流強度沿塔高的變化情況,可知塔內(nèi)進口截面的湍流強度最大,越靠近廢氣進口截面湍流強度越大;塔內(nèi)湍流強度沿著塔高逐漸減弱,越高位置的截面,塔內(nèi)氣流的湍流強度越小,在高度Z=1.5截面后,各個截面的湍流強度很小,湍流強度基本不變。表明塔內(nèi)的廢氣在塔內(nèi)高度大于1.5米處的流動比較穩(wěn)定。

        通過對塔內(nèi)廢氣流速和湍流度的定性分析可知,塔內(nèi)廢氣流動的趨勢為旋轉(zhuǎn)上升。在Z=1.5截面以下,氣流以旋流為主、上升流為輔,水平切向流速大于垂直流速,在Z=1.5截面以上,垂直流速大于水平切向流速,以上升流為主、旋流為輔。

        根據(jù)塔內(nèi)流場分布和湍流強度的變化趨勢,在高湍流強度區(qū),噴淋方式可采取水平切向噴淋為主、垂直噴淋為輔的布置,根據(jù)各個截面內(nèi)廢氣矢量流速設(shè)計噴嘴噴淋角度,使得廢氣與海水在水平方向上對流;在低紊流強度區(qū),可采取垂直噴淋為主、水平切向噴淋為輔的布置,廢氣與海水在垂直方向上對流時,應(yīng)使得噴淋半徑大于或等于塔徑,防止廢氣短流。

        4 誤差分析

        基于德圖350煙氣測量儀對流速測量精準,著重對比分析幾個典型截面內(nèi)廢氣的實測流速與模擬流速,如圖13、14、15所示。

        圖13、14、15表明,實測數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)的差值不大,但變化趨勢相同,這說明所采用的模擬方法是可取的。模擬數(shù)值偏大是由于在模擬計算的過程中,忽略了塔內(nèi)附件對氣流的影響,把廢氣當成了理想氣體來處理,并認為塔是絕熱的,沒有能量散耗。

        圖13 Z=0.5截面實測流速與模擬流速對

        圖14 Z=0.9截面實測流速與模擬流速對

        圖15 Z=1.3截面實測流速與模擬流速對比

        5 結(jié)論

        基于對船用脫硫塔進行簡化建模,在 Gambit軟件中對簡化后脫硫塔模型進行合適的網(wǎng)格劃分,以速度為邊界條件,基于Fluent軟件,采用RNG k-e湍流模型計算塔內(nèi)流速和湍流強度。通過數(shù)值模擬的定性分析與仿真、試驗結(jié)果的對比,可以得出以下結(jié)論。

        1)采用RNG湍流模型模擬切向進氣船用脫硫塔脫數(shù)值,誤差較小,具有良好的可行性,這是因為模型主要針對旋流設(shè)定,而切向進氣脫硫塔內(nèi)氣流湍流方式以旋流為主;

        2)實際脫硫塔填充有湍流球,湍流層的作用使其流場與空塔有很大的不同,湍流球在提高脫硫效率的同時也會增加柴油機背壓,所以脫硫球的數(shù)量必須控制在合適的范圍之內(nèi)。用空塔進行數(shù)值模擬的結(jié)果,可用于指導空塔運行時噴頭的布置,進而進行空塔運行時脫硫效率的計算,并將其作為無湍流球時的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),與加湍流球后脫硫效率對比,即可探討湍流球的數(shù)量與脫硫效率的關(guān)系;

        3)下一步要做的工作是結(jié)合塔內(nèi)氣流和湍流分布的特點,在塔內(nèi)加入湍流球,并綜合考慮湍流球的作用,通過仿真和實驗確認塔內(nèi)最優(yōu)的噴淋方式;

        4)雖然船用脫流塔流場分布復雜,但隨著傳統(tǒng)技術(shù)的逐步改進與新方法的不斷引入,對塔內(nèi)流場的仿真與計算的精度會有不斷的提高。

        [1]馬義平, 許樂平, 宿鵬浩, 王忠誠, 夏同友.湍球塔和噴淋塔的海水脫硫冷態(tài)實驗對比[J].環(huán)境工程學報,2013,7(9):3537-3542.

        [2]馬義平, 許樂平, 宿鵬浩, 楊開亮.船舶煙氣海水脫硫的模擬和設(shè)計[J].上海海事大學學報,2013,34(2): 41-45.

        [3]WANG Si-fen, FENG Li-juan, ZHANG Pei, et al.Research on improvement of seawater flue gas desulfurization technology[J].Electric Power Technology and Environmental Protection,2010,26(3):2-4.

        [4]LI Zhu.The issues and countermeasures of seawater flue gas desulfurization technology process[J].Guangdong Science& Technology,2010,19(6):39-40.

        [5]林永明, 高翔, 施平平.大型濕法煙氣脫硫噴淋塔內(nèi)阻力特性數(shù)值模擬[J].中國電機工程學報,2008,28(5):28-33.

        [6]陳紹敏.海水脫硫技術(shù)經(jīng)濟性分析[J].技術(shù)經(jīng)濟綜述,2006,(12):3-5.

        [7]梁川, 盧艷, 韓鐘國.華能大連電廠3號、4號機組海水脫硫技術(shù)[J].經(jīng)驗與交流,2009,4(3):56-58.

        [8]馬義平, 許樂平.海水脫硫在船舶硫氧化物排放控制上的應(yīng)用[J].船舶工程,2012,12(1):32-35.

        猜你喜歡
        塔內(nèi)船用湍流
        船用PVC夾芯板在近場水下爆炸作用下的吸能特性
        山鋼拿下船用9Ni鋼訂單
        山東冶金(2022年1期)2022-04-19 13:40:40
        重氣瞬時泄漏擴散的湍流模型驗證
        船用柴油機應(yīng)用前景展望
        鍋爐脫硫沉積對節(jié)能環(huán)保的影響
        我國第一臺2205千瓦船用低速柴油機
        蘭臺世界(2017年9期)2017-06-01 12:20:02
        石灰石-石膏濕法煙氣脫硫塔內(nèi)流場模擬及優(yōu)化分析
        淺析15000m3/h制氧機冷箱板及塔內(nèi)設(shè)備科學安全吊裝
        低溫與特氣(2014年4期)2014-03-20 13:36:50
        “青春期”湍流中的智慧引渡(三)
        “青春期”湍流中的智慧引渡(二)
        亚洲欧美成人一区二区在线电影| 精品无码一区二区三区小说| 日本黑人人妻一区二区水多多 | 国产日韩A∨无码免费播放| 亚洲av日韩一区二三四五六七| 国产一品二品精品在线| 亚洲综合av一区二区三区| 色综合久久久久久久久五月| 超高清丝袜美腿视频在线| 谷原希美中文字幕在线| 国产精品久久成人网站| 亚洲av永久无码精品秋霞电影影院| 亚洲日本国产乱码va在线观看| 最近中文字幕精品在线| 国产尤物精品视频| 国产av影片麻豆精品传媒| 亚洲国产av剧一区二区三区| 亚洲中文字幕乱码第一页| 中文字幕乱码一区av久久不卡 | 国产成人久久精品77777综合| 久久人妻少妇嫩草av蜜桃| 人妻少妇久久久久久97人妻 | 午夜福利影院不卡影院| 日本韩国三级在线观看| а√中文在线资源库| 国产精品一区二区 尿失禁| 午夜日本精品一区二区| 国产精品成人亚洲一区| 久久综合精品国产一区二区三区无码| 国产精品福利片免费看| 精品少妇一区二区三区入口| 日本阿v片在线播放免费| 日本一区二区精品88| 亚洲av中文字字幕乱码| 97丨九色丨国产人妻熟女| 性欧美大战久久久久久久久| 综合图区亚洲另类偷窥| 国产免费二区三区视频| 欧美极品色午夜在线视频| 天堂av一区二区在线观看| 亚洲伊人久久大香线蕉|