氣相脈沖式鼓泡塔流動與傳質(zhì)的實驗研究及CFD數(shù)值模擬.pdf

1、對于鼓泡塔反應(yīng)器內(nèi)氣一液兩相流體流動與傳質(zhì)特性等方面的研究已經(jīng)非常深入全面了，但是將氣相脈沖引入鼓泡塔操作，并從CFD數(shù)值模擬角度對其流體流動和傳質(zhì)特性進行研究還未見文獻報道。 本文將分別從實驗測量和CFD數(shù)值模擬兩個角度對氣相脈沖式鼓泡塔反應(yīng)器內(nèi)的流體流動及氧的氣液傳質(zhì)進行初步研究。 本文首先考察了氣相脈沖操作參數(shù)，即脈沖振幅和脈沖頻率對反應(yīng)器內(nèi)流體流動，尤其是液相總湍動能分布進行了研究。研究結(jié)果表明，液相總湍動能隨著

2、脈沖振幅和脈沖頻率的增大而增大，而頻率的影響相對較??；湍動能分布呈拋物線型且隨反應(yīng)器軸向高度的增大而先增大后減小，在高度為0.4m(Z/D=2)處達最大。氣相脈沖與氣泡羽流周期性擺動是影響反應(yīng)器內(nèi)氣含率、氣相速度場、液相速度場分布的主要因素。另外，通過氣泡尺寸分布特性還發(fā)現(xiàn)，氣相脈沖對反應(yīng)器內(nèi)流體流型具有重大影響，當脈沖頻率增至一定大小時，流動將從均勻氣泡流轉(zhuǎn)變成湍流流動，從而大大增強了反應(yīng)器內(nèi)的相間混和，進而強化流動與傳質(zhì)性能。

3、 其次，本文從實驗角度考察了氧的氣液體積傳質(zhì)系數(shù)klα與脈沖參數(shù)的關(guān)系。結(jié)果表明，當支撐氣較小時，脈沖條件下的體積傳質(zhì)系數(shù)較穩(wěn)態(tài)時要小，而當支撐氣與脈沖氣相等時，相同表觀氣速下的體積傳質(zhì)系數(shù)較穩(wěn)態(tài)則有所提高，即傳質(zhì)得到強化。 本文還從模型模擬角度研究了氣液有效傳質(zhì)比表面積α與液側(cè)傳質(zhì)系數(shù)kl的分布情況，發(fā)現(xiàn)前者與氣含率和氣泡尺寸分布緊密聯(lián)系，后者則近似均勻分布。 最后，通過模型預(yù)測了溶解氧在反應(yīng)器內(nèi)的濃度場分布。結(jié)果表