鼓泡塔氣液兩相及氣液固三相流實(shí)驗(yàn)研究及數(shù)值模擬.pdf

1、鼓泡塔反應(yīng)器具有傳質(zhì)效率高、耗能較低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等顯著優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于石油化工、生物化工等眾多領(lǐng)域。而迄今為止，人們對(duì)于鼓泡塔內(nèi)流場(chǎng)的認(rèn)識(shí)仍然有限，而計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（Computational Fluid Dynamics,CFD）的快速發(fā)展，為鼓泡塔內(nèi)流場(chǎng)的研究提供了一種新的途徑。
　　本文應(yīng)用歐拉-歐拉模型，在ANSYS-Fluent軟件平臺(tái)，對(duì)鼓泡塔中氣液兩相和氣液固三相流動(dòng)進(jìn)行了模擬計(jì)算。為節(jié)省計(jì)算時(shí)間，采用全塔徑均勻進(jìn)氣的

2、簡(jiǎn)化方案，減少了75％~80%的網(wǎng)格數(shù)，大大減輕了計(jì)算量。同時(shí)，比較了單一氣泡尺寸模型和群體平衡模型（Population Balance Model，PBM）在此簡(jiǎn)化條件下的適用性，發(fā)現(xiàn)單一氣泡尺寸模型不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)塔內(nèi)流動(dòng)情況。而PBM模型所得的氣含率徑向分布與實(shí)驗(yàn)值吻合較好。在PBM模型的計(jì)算中，發(fā)現(xiàn)原用于顆粒聚并計(jì)算的Abrahamson模型，在合適的Hamaker數(shù)下，也可用于氣泡聚并的計(jì)算。
　　為了解決出口邊界處液相逸

3、出和自由區(qū)域內(nèi)有漩渦形成的問(wèn)題，本文采用了新的邊界條件，對(duì)原有的出口邊界中氣相和液相速度進(jìn)行了修正，改進(jìn)后的邊界條件可以使液面處的流場(chǎng)更加均勻穩(wěn)定，計(jì)算更容易收斂。在此狀態(tài)下，使用Schiller-Naumann、Grace和Tomiyama三種曳力模型分別進(jìn)行氣液兩相流模擬。將模擬值與實(shí)驗(yàn)值比較后，發(fā)現(xiàn)使用Tomiyama曳力模型所得模擬值與實(shí)驗(yàn)值符合程度較高。
　　開(kāi)展實(shí)驗(yàn)研究了氣液固三相流體中的相含率分布規(guī)律。設(shè)計(jì)并搭建了高