高速氣流沖擊對篩板穩定性影響的數值模擬

韓 瑜，譚 蔚，王初琛，劉麗艷

（1天津大學化工學院，天津 300072；2杭州交通投資集團有限公司，浙江 杭州 310004）

在石油煉制和化工生產中，篩板塔因具有較低的加工和維修費用的優點，被廣泛應用于蒸餾、吸附、萃取等工藝。然而隨著化工設備的不斷大型化，作為傳熱、傳質的主要部件[1]，時常發現塔板被高速氣體吹翻的現象。究其原因主要是在非正常操作工況下，通過篩板的氣速過大以至于施加給塔板較大的沖擊載荷。塔板吹翻可以發生在化工生產的多個工藝流程中，設備的開停車、塔板的吹掃階段、不同操作壓力設備的聯通、設備的泄壓過程等都可能會引發塔板被吹翻[2-3]。上述過程中，閥門開啟程度過大和過快，都會導致氣流對塔板的沖擊力過大，甚至超過設計載荷而將其吹翻。

氣體以較高的速度通過開孔的篩板時，其作用在塔板上的載荷分布情況是十分復雜的，在現有的情況下很難得到其理論解。同樣，對于分布有大量開孔的篩板塔，也很難通過平板理論從理論上精確地得到其應力應變特性。近幾年興起的數值模擬方法則為研究塔板受較高氣速沖擊的穩定性提供了新的思路[4-5]。為此，本研究采用數值模擬和實驗[6-9]相結合的方法，研究了篩孔氣速、開孔率、開孔直徑對塔板穩定性的影響，以期為工業應用提供參考依據。

1 數值模型建立

1.1 理論基礎

工業生產設計中，板式塔塔盤通常被視為平板結構，利用圓平板理論對其進行應力分析。對于周邊固支的圓平板，受大小為P的均布載荷時，板內正應力遠大于切應力[10]，其中正應力的表達式如式（1）、式（2）所示。……