規(guī)整填料上傳質(zhì)現(xiàn)象的CFD模擬研究綜述

劉寧馨 洪偉榮 郭雅瓊

（浙江大學(xué)能源工程學(xué)院）

規(guī)整填料因具有耐腐蝕、效率高、壓降低及通量大等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于氣液兩相精餾、吸收等分離過程，在工業(yè)分離領(lǐng)域具有重要地位。 受困于規(guī)整填料的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和龐大計(jì)算域，CFD技術(shù)成為研究規(guī)整填料上流體力學(xué)行為的一種便捷有效的方式［1，2］。 Amini Y和Nasr Esfahany M對(duì)填料塔上的CFD流動(dòng)進(jìn)行總結(jié)， 歸納了現(xiàn)有的數(shù)值模擬研究中有關(guān)干濕壓降、持液量和接觸面積的結(jié)論［3］。近年來，規(guī)整填料上的流動(dòng)特性已經(jīng)得到了深度探索， 而傳質(zhì)研究正處在初步發(fā)展階段。 現(xiàn)階段，實(shí)驗(yàn)研究、理論與經(jīng)驗(yàn)結(jié)合、理論與半經(jīng)驗(yàn)結(jié)合這3種傳質(zhì)研究方法主要依托于具體實(shí)驗(yàn)，不能脫離具體的物系，導(dǎo)致這些方法應(yīng)用有限、無法推廣，因而傳質(zhì)研究也開始采用CFD技術(shù)。CFD模擬結(jié)果可以顯示兩相流體的所有信息，包括液相各個(gè)位置的厚度、壓力、兩相接觸面積及濃度分布等，可為傳質(zhì)研究提供新的信息。

Fourati M等對(duì)整塔填料進(jìn)行幾何分解，發(fā)現(xiàn)規(guī)整填料板上的流動(dòng)可簡(jiǎn)化為傾斜平板或波紋板上的兩相薄膜流動(dòng)［4］。 根據(jù)幾何模型尺寸從小到大的規(guī)則， 模擬研究依次可分為微觀研究、介觀研究和宏觀研究。 其中，微觀研究的特征尺度在毫米級(jí)別，幾何模型一般為表面光滑的傾斜平板或波紋板［5］，模型簡(jiǎn)單，計(jì)算量較小，模擬結(jié)果可以反映主要流道上的傳質(zhì)情況，但其幾何模型經(jīng)過了簡(jiǎn)化，能反映的傳質(zhì)現(xiàn)象有限。 介觀研究的特征尺寸在厘米級(jí)別，幾何模型一般為規(guī)整填料中的重復(fù)性幾何單元（REU），更加接近真實(shí)的填料結(jié)構(gòu)［6］，可以在減少計(jì)算量的情況下反映規(guī)整填料上的真實(shí)傳質(zhì)現(xiàn)象，但模擬結(jié)果只是穩(wěn)定發(fā)展后的局部信息， 無法得到整塔內(nèi)的進(jìn)出口、壁面等位置的傳質(zhì)信息。 宏觀研究以整個(gè)規(guī)整填料塔或多個(gè)填料層作為研究對(duì)象， 一般分為兩類：一類是多孔介質(zhì)模型［7］，將整個(gè)填料塔流體域看作具有一定空隙率的連續(xù)介質(zhì)，填料對(duì)流體的形體阻力通過動(dòng)量方程模型修正項(xiàng)來體現(xiàn)規(guī)整填料結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，不考慮規(guī)整填料的具體幾何結(jié)構(gòu)， 模擬結(jié)果只是填料塔內(nèi)的宏觀平均性質(zhì)；另一類直接對(duì)填料間的流體域進(jìn)行求解［8］，必須考慮規(guī)整填料的具體幾何形狀，可以得到局部流動(dòng)的具體信息，對(duì)規(guī)整填料的設(shè)計(jì)和發(fā)展具有重要意義，但需要相當(dāng)大的計(jì)算資源，只能選取幾個(gè)填料層的組合進(jìn)行模擬計(jì)算。 為了綜合各尺度研究的優(yōu)勢(shì)，Raynal L和Royon-Lebeaud A提出了多尺度研究方法， 將宏觀和微觀研究相結(jié)合，先進(jìn)行計(jì)算量較小的微觀模擬研究來獲取一些流場(chǎng)信息，再將這些信息應(yīng)用到宏觀整體平均模型中，在一定計(jì)算量?jī)?nèi)得到盡量多的流場(chǎng)信息［2］。

筆者歸納了應(yīng)用CFD技術(shù)進(jìn)行規(guī)整填料傳質(zhì)特性模擬研究的現(xiàn)狀， 主要包括傳質(zhì)現(xiàn)象的CFD數(shù)值模擬以及現(xiàn)有的模擬研究中有關(guān)傳質(zhì)速率特性的結(jié)論。

1 數(shù)值模型

現(xiàn)階段大多數(shù)學(xué)者將規(guī)整填料板上的傳質(zhì)問題視為氣液兩相傳質(zhì)問題，不僅涉及相界面捕捉、動(dòng)量方程的附加源項(xiàng)處理，還需要加入濃度方程。

1.1 相界面捕捉

多相流相界面捕捉方法包括Front Tracking、Level Set及Volume-of-Fluid（VOF）等。 其中，F(xiàn)ront Tracking方法采用拉格朗日法對(duì)相界面進(jìn)行顯示追蹤，可得到精確的界面位置［9］。 Level Set方法在整個(gè)計(jì)算區(qū)域內(nèi)構(gòu)造某種Level Set函數(shù)ψ，ψ函數(shù)的零值點(diǎn)即為兩相流體的交界面，相界面的位置通過求解ψ函數(shù)進(jìn)行更新［10］。為了確保ψ函數(shù)的零點(diǎn)在任意時(shí)刻均為相界面，ψ函數(shù)應(yīng)該符合運(yùn)輸方程，即：

其中，t為時(shí)間項(xiàng)，U為速度項(xiàng)。

VOF模型對(duì)相界面的捕捉主要依靠相體積分?jǐn)?shù)α，相體積分?jǐn)?shù)的控制方程為運(yùn)輸方程，即［11］：

對(duì)于離散后的網(wǎng)格單元， 若液相充滿網(wǎng)格，則α=1；若氣相充滿網(wǎng)格，則α=0；若網(wǎng)格單元內(nèi)氣液兩相混合，則α的值介于0和1之間，此網(wǎng)格就為相界面。 3種多相流相界面捕捉方法的優(yōu)缺點(diǎn)列于表1。

表1 3種多相流相界面捕捉方法的優(yōu)缺點(diǎn)

VOF和Level Set的主要變量均滿足運(yùn)輸方程，而且這兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)十分互補(bǔ)。 近年來，一些學(xué)者提出了一種將VOF和Level Set相結(jié)合的相界面追蹤方法——CLSVOF［12］。 這種方法利用VOF的重構(gòu)方法來追蹤界面， 并對(duì)Level Set函數(shù)進(jìn)行重初始化， 再利用Level Set方法求解界面的法線方向和曲率半徑，這既可以處理界面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化， 也可以準(zhǔn)確獲得相界面處的曲率、表面張力等。 后來，眾多學(xué)者進(jìn)一步提出了CLSVOF的優(yōu)化方法，如S-CLSVOF、VOSET等。

1.2 連續(xù)性方程及動(dòng)量方程

一般將規(guī)整填料上的氣液兩相均視為不可壓縮牛頓流體，其連續(xù)性方程及動(dòng)量方程如下：

其中，ρ為流體總密度，ρL為液相密度，ρG為氣相密度，p為壓力，g為重力加速度，μ為流體粘度，μL為液相粘度，μG為氣相粘度，F(xiàn)為外加源項(xiàng)力。

填料板上流動(dòng)的特征尺寸較小，氣液相界面的曲率半徑很小，因而表面張力不能忽略。 此外，表面張力對(duì)流體運(yùn)動(dòng)的重要性由3個(gè)無量綱數(shù)來定量判斷，即：

其中，d為規(guī)整填料的特征長(zhǎng)度，σ為液相表面張力。當(dāng)Re?1時(shí)，Ca數(shù)可以衡量表面張力對(duì)流體流動(dòng)的影響，當(dāng)Ca?1時(shí)，表面張力不可忽略；當(dāng)Re?1時(shí)，則采用We數(shù)衡量表面張力對(duì)流體流動(dòng)的影響，當(dāng)We?1時(shí)，表面張力不可忽略。 d在REU中的具體計(jì)算式為［13］：

其中，β為波紋夾角，e為波紋板厚度，a為波紋斜邊長(zhǎng)。 在二維平板或波紋板、三維傾斜平板上時(shí)， 規(guī)整填料的特征長(zhǎng)度d多與薄膜厚度相同或是薄膜厚度的4倍［14］。

表面張力可分解為垂直于相界面的力和平行于相界面的力。 其中，垂直于相界面的力通過表面張力源項(xiàng)fSV來表示，規(guī)整填料兩相傳質(zhì)現(xiàn)象的模擬研究均加入了表面張力源項(xiàng)fSV，同時(shí)采用CSF模型， 將相界面處的壓力插值為相間壓力的連續(xù)函數(shù)。 平行于相界面的力通常會(huì)引發(fā)Marangoni效應(yīng)。朱明將Marangoni效應(yīng)源項(xiàng)加入動(dòng)量源項(xiàng)， 模擬結(jié)果表明在進(jìn)出口濃度相差較大時(shí)，會(huì)出現(xiàn)Marangoni對(duì)流，顯著促進(jìn)傳質(zhì)效果［15］。然而Marangoni效應(yīng)源項(xiàng)較為復(fù)雜，只有較少學(xué)者將它加入源項(xiàng)。

除了考慮表面張力的影響，孫博還添加了氣液相界面剪應(yīng)力源項(xiàng)［16］。 通常認(rèn)為在載點(diǎn)以下的操作范圍內(nèi)，氣液相間的作用力對(duì)液相流動(dòng)的影響很小，可忽略不計(jì)。

1.3 湍流模型

當(dāng)流體速度不斷增大時(shí)，填料塔內(nèi)可能會(huì)產(chǎn)生流型變化，對(duì)于可能出現(xiàn)的湍流現(xiàn)象，主要聚焦于兩個(gè)問題： 一是湍流臨界點(diǎn)雷諾數(shù)的確定，二是湍流模型的選取。

對(duì)于湍流臨界點(diǎn)雷諾數(shù)的確定，Zogg M提出了規(guī)整填料內(nèi)流動(dòng)臨界雷諾數(shù)Recritical的計(jì)算式［17］：

其中，θ為填料波紋與豎直方向的夾角，ε為填料的孔隙率。

為了比較不同湍流模型對(duì)傳質(zhì)模擬的影響，Nikou M R K 和Ehsani M R分 別 采 用k-ε 模 型、RNG k-ε模型、k-ω模型和BSL模型對(duì)FlexipacIY型規(guī)整填料內(nèi)的傳質(zhì)現(xiàn)象進(jìn)行模擬研究，對(duì)比模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)k-ω模型和BSL模型與實(shí)驗(yàn)結(jié)果更為接近，誤差在8%左右［18］。 Saleh A R等分別采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型、k-ω模型、RNG k-ε模型和BSL模型對(duì)MellapakPlus 752.Y型規(guī)整填料進(jìn)行三維REU模擬， 將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，同樣發(fā)現(xiàn)BSL模型與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)最為接近［19］。因此，采用BSL模型可以得到更為準(zhǔn)確的模擬結(jié)果。

1.4 濃度方程

摩爾分率ck，j表示某一相k中參與質(zhì)量傳遞的物質(zhì)j的濃度，其運(yùn)輸方程可表示為：

其中，Dk為物質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)，Rk，j為k相中物質(zhì)j發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的相間物質(zhì)傳遞。 當(dāng)k為液相（L）或者氣相（G）時(shí)，式（9）變?yōu)閮上嗟臐舛冗\(yùn)輸方程，這一模型稱之為雙流體模型［20］。

除了用雙流體模型進(jìn)行傳質(zhì)求解外，也有學(xué)者將雙流體模型在整個(gè)求解域內(nèi)用同一個(gè)方程表示， 提出類似于VOF的物理量定義來實(shí)現(xiàn)流體界面質(zhì)量傳遞連續(xù)性的傳質(zhì)模型，稱為連續(xù)質(zhì)量傳遞模型［21］。 該模型中對(duì)濃度C的定義與VOF中的速度定義一致，即：

擴(kuò)散系數(shù)可采用算術(shù)平均或調(diào)和平均，合并后得到濃度運(yùn)輸方程如下：

其中，Da為兩相擴(kuò)散系數(shù)的算術(shù)平均，H為亨利常數(shù)，Dh為兩相擴(kuò)散系數(shù)的調(diào)和平均。

Deising D等［11］和Haroun Y等［22］分別采用式（11）、（12） 對(duì)一維純擴(kuò)散問題進(jìn)行數(shù)值模擬，并將模擬結(jié)果與解析解對(duì)比，發(fā)現(xiàn)兩種模型的計(jì)算結(jié)果十分接近。 通過以上驗(yàn)證，兩種模型可被認(rèn)為能準(zhǔn)確描述兩相傳質(zhì)現(xiàn)象。

采用Excel 2007和SPSS17.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與統(tǒng)計(jì)分析，用單因素方差分析比較處理間的差異性。

2 傳質(zhì)模擬研究

2.1 整場(chǎng)傳質(zhì)研究

規(guī)整填料上的整場(chǎng)濃度分布與速度分布密切相關(guān)。 Chen J B等對(duì)兩塊交錯(cuò)90°的Mellapak 350Y規(guī)整填料上的異丁烷解吸過程進(jìn)行模擬，發(fā)現(xiàn)在氣液相界面波動(dòng)較強(qiáng)和氣液相界面周長(zhǎng)較大的位置處，傳質(zhì)速率較大［23］。 張西雷等對(duì)JKB-250Y金屬孔板波紋填料分解后的最小單元體進(jìn)行模擬分析，發(fā)現(xiàn)速度場(chǎng)與傳質(zhì)系數(shù)場(chǎng)的分布基本一致，旋渦的存在會(huì)加強(qiáng)傳質(zhì)［24］。

有學(xué)者進(jìn)一步探究了流場(chǎng)物理量與傳質(zhì)速率之間的關(guān)系。 Hu J等對(duì)二維豎直平板上層流狀態(tài)下的物理性吸收進(jìn)行數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)氣液交界面處的渦量大小控制著濃度分布，兩者相關(guān)系數(shù)平均值為0.72，渦量和濃度高度相關(guān)［25］。此外，Xu Z F等認(rèn)為傳質(zhì)現(xiàn)象與氣液交界面處速度波動(dòng)值的垂直分量梯度η直接相關(guān)， 整場(chǎng)平均傳質(zhì)系數(shù)與η0.5成正比關(guān)系［26］。 也有學(xué)者指出，濃度場(chǎng)與速度場(chǎng)之間的緊密聯(lián)系是有條件的。 Haroun Y等研究認(rèn)為當(dāng)擴(kuò)散厚度比較小時(shí)，交界面處的傳質(zhì)由對(duì)流控制，濃度場(chǎng)分布與速度場(chǎng)緊密相關(guān)，符合滲透理論；當(dāng)擴(kuò)散厚度較大時(shí)，傳質(zhì)由擴(kuò)散控制［27］。

所以，傳質(zhì)速率在整場(chǎng)并非均一分布，存在局部增強(qiáng)區(qū)。 此外，傳質(zhì)與流動(dòng)現(xiàn)象緊密相關(guān)，但現(xiàn)在還未推導(dǎo)出公認(rèn)的涉及流動(dòng)影響傳質(zhì)的確定參數(shù)。

2.2 物性參數(shù)對(duì)傳質(zhì)的影響

不少學(xué)者探究了物性參數(shù)對(duì)傳質(zhì)的影響，主要涉及液相粘度、液相接觸角及溶液濃度等。

Sebastia-Saez D等進(jìn)行物理性吸收模擬研究，討論了液相粘度對(duì)三維平板上傳質(zhì)效率的影響，結(jié)果認(rèn)為液相粘度可以改變擴(kuò)散系數(shù)，隨著粘度的增大，擴(kuò) 散系 數(shù) 減小，傳質(zhì) 速率 變小［28，29］。 而Singh M P和Singh R K則認(rèn)為液相粘度的增大意味著表面張力的減小， 因而氣液接觸面積增大，傳質(zhì)速率增大［30］。 可見，液相粘度對(duì)傳質(zhì)速率的影響還需要進(jìn)一步研究。

對(duì)于液相接觸角對(duì)傳質(zhì)的影響，Sebastia-Saez D和Gu S發(fā)現(xiàn)當(dāng)接觸角小于90°時(shí)，不同接觸角下傳質(zhì)速率相差不大，但當(dāng)接觸角大于90°時(shí)，氣液相接觸面積變小，傳質(zhì)速率突然變?。?8］。

對(duì)于溶液濃度對(duì)傳質(zhì)的影響，谷芳等認(rèn)為液相進(jìn)口濃度越大，相間傳質(zhì)推動(dòng)力越大，因而平均傳質(zhì)系數(shù)也越大［31］。Sebastia-Saez D等對(duì)三維傾斜平板上CO2被胺基溶液化學(xué)性吸收過程進(jìn)行模擬， 認(rèn)為胺基溶液濃度的增大導(dǎo)致了粘度的增大，使得CO2在液相中的擴(kuò)散系數(shù)變小，因而傳質(zhì)系數(shù)變?。?9］。 雖然研究體系略有差異，但谷芳等還進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，因而得到的正相關(guān)結(jié)論更有信服力。

2.3 操作條件對(duì)傳質(zhì)的影響

Sebastia-Saez D等在傾斜平板上進(jìn)行了兩相傳質(zhì)模擬研究，認(rèn)為氣相壓力主要是通過改變氣相在液相中的溶解度來影響傳質(zhì)［20］。 在水-氧氣這一實(shí)例中，氣相壓力增大則氧氣在水中溶解度增大，因此傳質(zhì)速率有所提高。

Dong B等發(fā)現(xiàn)為液相控制反應(yīng)時(shí)，液相傳質(zhì)系數(shù)與氣速無關(guān)［32］。 但也有研究者表明氣速對(duì)傳質(zhì)有影響，谷芳等［31］對(duì)二維平板以及Chen J B等［23］對(duì)REU上的解吸過程進(jìn)行了模擬研究，認(rèn)為氣相流量增加， 兩相間的湍動(dòng)增強(qiáng)從而傳質(zhì)加強(qiáng)。 而Sebastia-Saez D等研究表明，氣速增大會(huì)阻礙液相發(fā)展，減少氣液相接觸時(shí)間，降低傳質(zhì)速率［20，28］。綜上可以看出，氣相在兩相傳質(zhì)中的作用并不單一，還需進(jìn)一步探究。

許多學(xué)者探究了液相載荷對(duì)傳質(zhì)的影響。Haelssig J B等對(duì)乙醇-蒸汽體系在二維豎直平板上的傳質(zhì)過程進(jìn)行了模擬研究，發(fā)現(xiàn)液相傳質(zhì)系數(shù)隨液相載荷的變化趨勢(shì)符合滲透理論［33］。Haroun Y等也得到了兩者正相關(guān)的結(jié)論［27］。 但Zhu M等認(rèn)為傳質(zhì)效率隨著液相流速的增大而降低，這是因?yàn)殡S著液相流速的增大，必然會(huì)導(dǎo)致液膜厚度增大，液相傳質(zhì)阻力增大，傳質(zhì)效率降低［34］。此外，Sebastia-Saez D等在三維傾斜60°平板上的物理性傳質(zhì)模擬研究發(fā)現(xiàn)，液相載荷與傳質(zhì)系數(shù)之間并不是單一的變化規(guī)律［35］。 隨著液體流量的增加，會(huì)有一個(gè)最高值，這時(shí)由液相流量小導(dǎo)致的液體分布不均的狀況有所緩解，同時(shí)接觸時(shí)間較長(zhǎng)，傳質(zhì)系數(shù)較大，之后隨著液體流量的增加，液體速度變快，相間接觸時(shí)間變少，相間傳質(zhì)系數(shù)變小。

此外，Sebastia-Saez D等認(rèn)為液相流量在液體發(fā)展的不同階段起著不同的作用，當(dāng)傳質(zhì)由對(duì)流傳質(zhì)主導(dǎo)時(shí)，符合滲透理論，液體流量越大則接觸時(shí)間越少，傳質(zhì)速率越大；而當(dāng)液體發(fā)展到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，傳質(zhì)由擴(kuò)散傳質(zhì)主導(dǎo)，此時(shí)結(jié)論相反［20］。 Haroun Y等也認(rèn)為液相載荷控制著傳質(zhì)模式，并將對(duì)流和擴(kuò)散的分割點(diǎn)定為1/（4π）的兩相接觸時(shí)間［22］。

2.4 幾何結(jié)構(gòu)對(duì)傳質(zhì)的影響

除了改變物性參數(shù)和操作條件，也可以通過改變填料本身形狀來加強(qiáng)傳質(zhì)，主要包括在填料板上添加小波紋、開孔及改變波紋傾角等。

雖然波紋板可以增強(qiáng)傳質(zhì)，但其增強(qiáng)傳質(zhì)的機(jī)理仍未得到充分研究。 李超對(duì)二維垂直平板與波紋板上的傳質(zhì)現(xiàn)象進(jìn)行了模擬研究，發(fā)現(xiàn)在湍流狀態(tài)下，波紋板會(huì)增加相界面間的湍動(dòng)從而增強(qiáng)傳質(zhì)［36］。 Haroun Y等認(rèn)為對(duì)傳質(zhì)有影響的是兩相接觸時(shí)間下的交界面形態(tài)，當(dāng)液相雷諾數(shù)在一定范圍內(nèi)時(shí)，在波紋板的波谷區(qū)會(huì)出現(xiàn)旋渦從而影響兩相界面，導(dǎo)致接觸時(shí)間減少，傳質(zhì)增強(qiáng)；而隨著液體厚度不斷增大， 液體填滿整個(gè)波谷后，漩渦區(qū)的增大不再影響傳質(zhì)［27］。Dietze G F模擬了層流狀態(tài)（Re=15）下不同波紋結(jié)構(gòu)上的氣液兩相逆流傳質(zhì)，研究結(jié)果表明波紋可以影響邊界層的分布，進(jìn)而影響相界面的位置，甚至造成濃度的重分布，即使是在層流狀態(tài)下，波紋也能增強(qiáng)傳質(zhì)［37］。

Yu D等對(duì)普通填料波紋傾角進(jìn)行修改，得到波紋傾角按照30°-35°-30°規(guī)律變化的獨(dú)特折線式新型填料WPA，經(jīng)過模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，變化的波紋傾角能夠促進(jìn)填料表面的液膜不斷更新，有效提高傳質(zhì)效率［38］。

此外，Hu J等對(duì)開孔豎直平板上層流狀態(tài)下的傳質(zhì)現(xiàn)象進(jìn)行了模擬研究，結(jié)果表明表面開孔可以增加流動(dòng)的不穩(wěn)定性、改變薄膜流體的流動(dòng)結(jié)構(gòu)，從而增強(qiáng)傳質(zhì)［25，34］。 開孔會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)影響：一是當(dāng)流體流過開孔區(qū)域時(shí)，速度在開孔處會(huì)突然增加，到達(dá)峰值，同時(shí)速度的增大會(huì)導(dǎo)致流體厚度的減少，從而減小液相傳質(zhì)阻力，導(dǎo)致此處增強(qiáng)因子增大； 二是流體會(huì)在開孔兩側(cè)來回穿流，開孔處的流動(dòng)模式隨著時(shí)間而變化，這種流動(dòng)模式的波動(dòng)也增強(qiáng)了傳質(zhì)。 但需要注意的是，雖然開孔結(jié)構(gòu)是現(xiàn)有規(guī)整填料的共同選擇，但對(duì)開孔填料的三維傳質(zhì)研究還未出現(xiàn)，因而開孔對(duì)傳質(zhì)的增強(qiáng)機(jī)理還未得到揭示。

張燕來對(duì)加入隔板后的JKB-250Y金屬孔板波紋填料進(jìn)行模擬計(jì)算， 發(fā)現(xiàn)隔板可使整場(chǎng)傳質(zhì)分布更加均勻，而且消除了兩股氣體交叉流動(dòng)，通道單位壓降降低了20%～50%， 傳質(zhì)系數(shù)提高約20%［39］。 然而，有實(shí)驗(yàn)表明，加入整個(gè)隔板后，液體分布不均加劇，傳質(zhì)性能下降，喻茹在JKB-250Y金屬孔板波紋填料中加入不同長(zhǎng)度的隔板后，發(fā)現(xiàn)存在最佳隔板邊長(zhǎng)（14.7～16.8mm），使得單位壓降下的傳質(zhì)系數(shù)最佳（1.2～2.7m/s·（kg/m3）0.5）［40］。

3 結(jié)束語

基于CFD的規(guī)整填料板傳質(zhì)現(xiàn)象研究主要涉及傳質(zhì)數(shù)值模型和傳質(zhì)性能研究。 其中，濃度方程的推導(dǎo)與實(shí)現(xiàn)為傳質(zhì)研究奠定了良好基礎(chǔ)，保證了傳質(zhì)模擬研究的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性。 但是數(shù)值模型的完備不能解決所有問題，規(guī)整填料本身復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)、傳質(zhì)涉及到的多種變量以及傳質(zhì)與流動(dòng)之間的復(fù)雜關(guān)系仍然是規(guī)整填料板傳質(zhì)CFD研究的難題。今后，規(guī)整填料板上傳質(zhì)現(xiàn)象數(shù)值模擬研究的發(fā)展可著力于以下3點(diǎn)：

a. 傳質(zhì)與流動(dòng)現(xiàn)象緊密相關(guān)，不能脫離流動(dòng)問題分析傳質(zhì)現(xiàn)象，應(yīng)探索可定量描述兩者間關(guān)系的關(guān)鍵物理量。

b. 規(guī)整填料幾何結(jié)構(gòu)對(duì)傳質(zhì)效率具有非常重要的影響，一方面應(yīng)深入了解現(xiàn)有的開孔和波紋結(jié)構(gòu)對(duì)傳質(zhì)影響的機(jī)理；另一方面應(yīng)積極探索新型規(guī)整填料結(jié)構(gòu)。

c. 傳質(zhì)現(xiàn)象涉及的工況參數(shù)復(fù)雜多樣，現(xiàn)階段對(duì)部分變量的研究所得到的結(jié)論呈現(xiàn)多樣性，一方面由于研究所選擇的體系不同，傳質(zhì)機(jī)理存在差異； 另一方面各參數(shù)的變化區(qū)間也并非一致。 因此，需要對(duì)更多參數(shù)進(jìn)行綜合探究，系統(tǒng)總結(jié)各變量對(duì)傳質(zhì)的作用，為實(shí)際工況提供參考。