Page 9 - 《真空与低温》2025年第4期

424 真空与低温 第 31 卷 第 4 期

流速/（m·s ） 流速/（m·s ） 液体温度/K
−1
−1
4.23×10 −4 6.92×10 −3 179.500 39
×10 −5 ×10 −3
40
6 179.500 38
35
30 5 179.500 36
25
4 179.500 34
20
3 179.500 32
15
10 2 179.500 30
z z z
5
y x y x 1 y x 179.500 28
8.51×10 −7 6.63×10 −4 179.500 28
（a）液体流场分布 （b）气体流场分布 （c）液体温度的分布
氪浓度/（mol·mol ） 氪浓度/（mol·mol ）
−1
−1
3.000×10 −7 3.024×10 −7
×10 −7 ×10 −7
3.000
3.02
2.995
2.990 3.01
2.985
3.00
2.980
2.975 2.99
2.970
2.98
2.965
2.960 2.97
2.955
z z 2.96
2.950
y x y x
2.946×10 −7 2.95×10 −7
（d）氪浓度的分布 （e）气相交叉流道上的含氪浓度分布
图 5 全回流阶段中规整填料上的流场分布、温度场分布和氪浓度场分布
Fig. 5 The flow field，temperature filed and Kr concentration field of the structured packing during the total reflux stage

图 5（a）（b）显示气体与液体呈逆向流动，气体 通道，其顶部通道受到与之垂直的丝网含氪浓度较
由于底部再沸器与顶部冷凝器的压力差向上流动， 高的进口影响，在与气相发生传质的同时，不断与
−3
在特征单元内最高流速可达 6.92×10 m/s，出现在 含氪浓度较高的液相混合，其浓度未明显降低。在
交叉流道入口区域，丝网开孔附近区域上的流线比 经过开孔区域时，会在孔后方形成低于周边氪浓度
较混乱，处于丝网两边流道的气体交换流道，利于 的尾流，表明开孔附近气液间传质作用得到了强化。
气体混合。液体由于重力向下流动，最高流速可 其主要是由两方面引起，一是液相在流经开孔区域
−4
达 4.23×10 m/s。在相邻两片填料的接触区域，液 时，横截面面积减少，速度变化梯度较大，液体扰动
体可以由原先的丝网进入另一片丝网，使得交叉 剧烈。流经开孔后，孔后方的液体需要由圆孔周围
区域上的流线分布较为混乱，提高了液体的局部 液体补充聚集，该作用使得在此区域流速较缓慢，
流速。 气液间传质时间长。二是由于填料两边不同流道
图 5（c）为液体温度的分布，顶部温度较低，底 的气相能在圆孔处交叉混合，提高了气相的混合作
部温度较高，在同一高度下不同水平位置上的温度 用，气液接触更加充分。
相近，符合精馏塔顶部冷凝、底部蒸发的实际情况， 除此之外，两个交叉填料间的接触部分也会形
但模拟的特征单元高度仅约为 15 mm，相较于精馏 成尾流，但宽度相较于圆孔后方更短。这是因为填
塔为 2 m 的整体而言尺度较小，因此温度变化较小。 料交叉接触区域两块填料上的液体流动方向相互
图 5（d）为 PACK-13C 填料上液体含氪浓度的 垂直，部分液体交换流道，液体之间碰撞增强了传
分布情况，液体由重力往下流，经过 20 mm 的填料 质作用，但该强化作用较开孔带来的较弱，因此尾
后，液相中氪浓度由 3.00×10 mol/mol 下降至 2.97× 流宽度较窄。
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10 mol/mol。同一片丝网上有三个平行液相波纹 图 5（e）为气相交叉流道上的含氪浓度分布情
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