(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210655898.0 (22)申请日 2022.06.10 (71)申请人 浙江理工大 学 地址 310018 浙江省杭州市江干经济开发 区2号大街9 28号 (72)发明人 金浩哲　高帅棋　 (74)专利代理 机构 杭州求是专利事务所有限公 司 33200 专利代理师 林超 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/02(2020.01) G06F 119/04(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 流-固耦合效应的吸附塔盘流动磨损特性量 化预测方法 (57)摘要 本发明公开了一种流 ‑固耦合效应的吸附塔 盘流动磨损特性量化预测方法。 吸附塔盘上布置 非球形吸附剂颗粒， 流经含硫气相汽油； 对非球 形吸附剂颗粒处理获得颗粒元模 型和等效直径， 建立吸附塔的几何模型和流体计算域， 结合对含 硫气相汽油预先建立的连续性方程和动量方程 和剪切应力传输k ‑ω湍流模型计算含硫气相汽 油的气相速度， 利用气相速度和等效直径计算曳 力， 进而构建非球形吸附剂颗粒的受力模型结合 颗粒元模型计算非球形吸附剂颗粒的速度， 构建 颗粒元流动磨损模型获得流动磨损率。 本发明方 法可实现变工况条件下考虑流固耦合效应的吸 附塔盘流动磨损特性的量化预测， 适用于高风险 炼化装置的流动磨损失效分析、 风险评估、 设计 优化。 权利要求书3页 说明书8页 附图1页 CN 115238537 A 2022.10.25 CN 115238537 A 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：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115238537 A 2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： E＝kβ(vp)mf(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： f(r)＝A1r+A2r2+A3r3+A4r4 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： 权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115238537 A 3