1.一种流‑固耦合效应的吸附塔盘流动磨损特性量化预测方法,其特征在于:所述的吸附塔盘为催化汽油脱硫反应吸附塔(4)中的分配盘,分配盘上布置非球形吸附剂颗粒,分配盘流经含硫气相汽油;
方法具体步骤如下:
步骤1)对吸附塔盘上的非球形吸附剂颗粒处理获得具有非球形吸附剂颗粒真实形状的颗粒元模型以及非球形吸附剂颗粒的等效直径DP;
步骤2)对于含硫气相汽油,预先建立连续性方程、动量方程和剪切应力传输k‑w湍流模型;
步骤3)建立催化汽油脱硫反应吸附塔的几何模型,根据几何模型处理获得催化汽油脱硫反应吸附塔的流体计算域,再采用欧拉‑拉格朗日方法结合含硫气相汽油的连续性方程和动量方程以及剪切应力传输k‑ω湍流模型计算含硫气相汽油在流体计算域下的流动特性参数;流动特性参数包含气相速度vg;
步骤4)利用气相速度vg和非球形吸附剂颗粒的等效直径DP计算非球形吸附剂颗粒的曳力,进而构建非球形吸附剂颗粒的受力模型;
步骤5)结合具有非球形吸附剂颗粒真实形状的颗粒元模型和受力模型采用流体动力学和离散单元流固耦合方法计算非球形吸附剂颗粒的运动特性参数,运动特性参数包括瞬态下非球形吸附剂颗粒的速度vp;
步骤6)根据非球形吸附剂颗粒的速度vp构建用于非球形吸附剂颗粒真实形状磨损表征的颗粒元流动磨损模型,通过颗粒元流动磨损模型获得流动磨损率。
2.根据权利要求1所述的一种流‑固耦合效应的吸附塔盘流动磨损特性量化预测方法,其特征在于:所述步骤1)具体为:通过三维扫描仪扫描非球形吸附剂颗粒的外形轮廓获得外形轮廓数据,根据非球形吸附剂颗粒的外形轮廓数据,对非球形吸附剂颗粒进行逆向三维建模,构建非球形吸附剂颗粒的三维模型,用多个离散小圆球填充非球形吸附剂颗粒的三维模型内部区域,获得具有非球形吸附剂颗粒真实形状的颗粒元模型;再采用体积相等法将颗粒元模型等效为圆球颗粒,取圆球颗粒的直径作为非球形吸附剂颗粒的等效直径DP。
3.根据权利要求1所述的一种流‑固耦合效应的吸附塔盘流动磨损特性量化预测方法,其特征在于:所述步骤4)中,非球形吸附剂颗粒的受力模型具体为:Fi=Fg+Fd+FC+Fx
Ti=Tg+Td+TC+Tx
式中:mi表示非球形吸附剂颗粒的质量,Fi表示非球形吸附剂颗粒所受的合力,Ti表示非球形吸附剂颗粒的所受合力矩;Fgi、Fdi、FCi、Fxi分别表示非球形吸附剂颗粒所受到的重力、曳力、接触力和其它力;Tgi、Tdi、TCi、Txi分别表示非球形吸附剂颗粒所受到的重力矩、曳力力矩、接触力矩和其它力的力矩;
上述非球形吸附剂颗粒受到的曳力Fd计算为:
式中:D为催化汽油脱硫反应吸附塔(4)的物料进口(6)的当量直径,μg为含硫气相汽油的气相粘度,b1、b2、b3、b4表示与非球形吸附剂颗粒球形度相关的第一、第二、第三、第四系数,αf表示非球形吸附剂颗粒占含硫气相汽油的体积分数,n表示体积分数指数;DP表示非球形吸附剂颗粒的等效直径;vg表示气相速度;ρg表示气相密度,vp表示非球形吸附剂颗粒的相速度。
4.根据权利要求1所述的一种流‑固耦合效应的吸附塔盘流动磨损特性量化预测方法,其特征在于:所述步骤6)中,所述的颗粒元流动磨损模型表示为:m
E=kβ(vp) f(r)
式中:E为流动磨损率,k为流动磨损系数,β为含硫气相汽油中气相占的体积分数百分比,vp为非球形吸附剂颗粒的速度,m为速度指数,f(r)为磨损冲击角度函数,r表示冲击角度。
5.根据权利要求4所述的一种流‑固耦合效应的吸附塔盘流动磨损特性量化预测方法,其特征在于:所述的磨损冲击角度函数f(r)表示为:
2 3 4
f(r)=A1r+A2r+A3r+A4r
式中,A1~A4表示第一、第二、第三、第四常数参数。
6.根据权利要求4所述的一种流‑固耦合效应的吸附塔盘流动磨损特性量化预测方法,其特征在于:所述的速度指数m是按照以下方式处理获得:将非球形吸附剂颗粒以固定的冲击角度90°冲击到金属试件表面上进行冲蚀磨损特性试验,在N种不同冲击速度工况下通过实验仪器测量获得各自对应的一个流动磨损率,进而根据N个流动磨损率按照以下公式求解获得:其中,vpi表示第i种冲击速度工况下对应测量获得的流动磨损率,E90()表示冲击角为
90°时不同冲击速度下试件的流动磨损率函数,i表示冲击速度的种序号。
7.根据权利要求4所述的一种流‑固耦合效应的吸附塔盘流动磨损特性量化预测方法,其特征在于:所述的流动磨损系数k是按照以下方式处理获得:将非球形吸附剂颗粒以特定的冲击角度λ冲击到金属试件表面上进行冲蚀磨损特性试验,在N种不同冲击速度工况下通过实验仪器测量获得各自对应的一个流动磨损率,进而根据N个流动磨损率按照以下公式求解获得:其中,vpi表示第i种冲击速度工况下对应测量获得的流动磨损率,Eλ()表示冲击角为λ时不同冲击速度下试件的流动磨损率函数,i表示冲击速度的种序号。
8.根据权利要求1所述的一种流‑固耦合效应的吸附塔盘流动磨损特性量化预测方法,其特征在于:所述的催化汽油脱硫反应吸附塔(4)底部开设用于含硫气相汽油进入的物料进口(6),物料进口(6)上方的塔内布置有分配盘,分配盘上均匀开设通孔,每个通孔内布置安装升降管(5),升降管(5)上端的顶部连接泡罩(1);非球形吸附剂颗粒堆积在分配盘上面。
9.根据权利要求8所述的一种流‑固耦合效应的吸附塔盘流动磨损特性量化预测方法,其特征在于:所述的泡罩(1)下端开设开口,升降管(5)上端经沿圆周间隔布置的支撑杆和泡罩(1)的内顶面连接,泡罩(1)下端的开口和升降管(5)之间具有环形间隙,使得升降管(5)上端口经支撑杆间的间隔和泡罩(1)内腔连通,再经环形间隙和外部连通。