氣升式環(huán)流反應(yīng)器內(nèi)流體數(shù)值模擬研究.pdf

1、氣升式環(huán)流反應(yīng)器是從鼓泡塔發(fā)展起來的多相流反應(yīng)器。傳統(tǒng)的氣升式反應(yīng)器主要由上升管、導(dǎo)流筒和分布器組成。由于反應(yīng)器內(nèi)部無運(yùn)動(dòng)部件,且混合性能好、體積傳系數(shù)高,目前已被廣泛應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)、生物化工和廢水處理等過程。循環(huán)液速及氣含率是環(huán)流反應(yīng)器設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵參數(shù),然而由于氣升式反應(yīng)器內(nèi)復(fù)雜的兩相流運(yùn)動(dòng),理論分析很困難。因此氣升式反應(yīng)器的設(shè)計(jì)、選型和放大往往依靠實(shí)驗(yàn)和個(gè)人經(jīng)驗(yàn),耗費(fèi)大量資金和時(shí)間。
　　采用計(jì)算流體力學(xué)方法求解流場(chǎng)、氣液混合

2、和質(zhì)量傳遞,不僅僅節(jié)約大量資源,而且可以得到實(shí)驗(yàn)無法得到的的局部參數(shù)。計(jì)算流體力學(xué)在反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和優(yōu)化中起到越來越重要的作用。
　　本文研究了氣升式反應(yīng)器內(nèi)部?jī)上嗔魑锢砟Ｐ秃蛿?shù)學(xué)模擬,展示了計(jì)算流體力學(xué)模擬氣升式反應(yīng)器的可靠性。該兩相流模型采用的是基于雷諾平均Navier-Stokes方程導(dǎo)出的兩流體模型。湍流模型采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型。兩流體模型中湍流項(xiàng)和相間動(dòng)量傳遞項(xiàng)對(duì)流場(chǎng)的分布和氣含率有較大影響。相間動(dòng)量傳遞項(xiàng)由曳力、附加質(zhì)量和

3、升力項(xiàng)組成。
　　本文重點(diǎn)分析了附加質(zhì)量力和三種不同曳力模型(Schiller and Naumann,Clift and Karamanev and Nikolov)對(duì)氣升式環(huán)流反應(yīng)器內(nèi)流體流動(dòng)和氣含率的影響;編制了相應(yīng)的相間傳遞模型UDF程序;采用CFD軟件FLUENT6.3.26,研究了不同表觀氣速和不同相間傳遞模型情況下,氣升式反應(yīng)器的環(huán)流液速、氣含率和流場(chǎng)分布;研究分析了流場(chǎng)對(duì)氣泡直徑敏感性。通過模擬值與試驗(yàn)值的比較,結(jié)