基于OpenFOAM无水氟化氢冷凝数值计算的研究.pdf
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1、 年 月云南化工 第 卷第 期 ,:基于 无水氟化氢冷凝数值计算的研究李赛,李永涛,孙五洲,张雨嫣,董灿生(云南氟磷电子科技有限公司,云南昆明 )摘要:无水氟化氢的分离需要冷凝过程,合理的温度控制对节约成本很重要。采用开源软件 对无水氟化氢的冷凝过程进行了模拟,结果表明温度低于 ()时,无水氟化氢出现明显的冷凝现象,液相的体积分数在 时大于 。关键词:无水氟化氢;冷凝;中图分类号:文献标识码:文章编号:(),(,):,(),():;无水氟化氢是一种重要的基础化工原料,可用于制备多种氟化合物。无论是采用氟硅酸制备无水氟化氢工艺中,还是六氟磷酸锂合成的尾气处理中,都需要采用冷凝过程对无水氟化氢进行
2、分离。冷凝温度是冷凝过程重要的参数之一,合理的冷凝温度既能达到较好分离氟化氢的目的,又能降低能耗,节约成本。采用计算流体力学()模拟冷凝过程的文献有很多。等人采用 软件对丙酮的冷凝过程进行了模拟,得出温度控制和流动速率的控制对蒸汽吸收制冷系统很重要。采用 软件对竖直圆管内水蒸气的冷凝进行了模拟,结果总体上与直接测量结果吻合较好。等人对蒸汽 空气混合物的冷凝进行了模拟,得出对于冷凝界面,采用自由表面边界条件与传统的无滑移面边界条件相比预测结果有了改善。等人采用 软件分别对戊烷和水的冷凝进行了模拟,结果与实验吻合较好。等人采用 软件对汽包的冷凝过程进行了模拟,得到了汽包变形,寿命,尺寸变化等过程。
3、由于方便,开源和免费,吸引了越来越多研究者的兴趣。采用高级 编程界面,其库文件允许场,方程和算符离散化的补充。本文总结了采用 模拟无水氟化氢在不同温度条件下冷凝的情况。计算方法和模型 控制方程无水氟化氢的冷凝包含气态氟化氢和液化氟化氢两相。两相传递方程可表示为 :()()()式中 表示第 相,为相分数,为密度,为时间,为流体速度矢量,为传质速率。质量守恒方程可表示为:()()线性动量守恒方程可表示为:()()式中,表示表面张力系数,表面曲率。能量守恒方程可表示为:()()()式中 为比能量,为热通量。模型几何模型尺寸为 的二维模型,网格划分密度为 网格,如图()所示。边界条件为:恒温壁面,为出
4、入口。无水氟化氢在饱和条件 下的属性如表()所示。年 月云南化工 第 卷第 期 ,图 计算网格模型表 无水氟化氢在饱和条件下的属性饱和温度 冷凝潜热 表面张力 气相动力粘度 密度 比热容 ()导热系数 ()液相动力粘度 密度 比热容 ()导热系数 ()计算步骤计算步骤为:首先对模型进行分网,然后设置边界条件和流体属性,其次求解模型,最后进行数据后处理。改变温度条件,依次计算从 到 条件下,无水氟化氢的凝结情况。结果与讨论 无水氟化氢冷凝情况在 温度条件下,无水氟化氢的冷凝现象如图 所示。图中黑色表示液相,灰色表示气相。当 时,冷凝现象不明显;时,恒温壁面上出现两处凝结的液滴。时出现四处液滴,且
5、液滴变大;液滴变多变大,没有看到液膜形成,这表明在 温度条件下无水氟化氢冷凝速度慢。在 温度条件下,无水氟化氢的冷凝现象如图 所示。当 时,冷凝现象不明显;时,恒温壁面上出现多处凝结的液滴;时液滴变大;液滴变大,向下移动,没有看到液膜形成,这表明在 温度条件下无水氟化氢冷凝速度慢。图 时无水氟化氢冷凝情况图 时无水氟化氢冷凝情况在 温度条件下,无水氟化氢的冷凝现象如图 所示。当 时,冷凝现象不明显;时;恒温壁面出现断线式凝结的液滴;时液膜形成;液相向下移动,底部液膜变厚;底部填满了液相。这表明在 温度条件下无水氟化氢冷凝速度变快。图 时无水氟化氢冷凝情况在 温度条件下,无水氟化氢的冷凝现象如图
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