二维鼓泡床内气液流动特性实验与数值模拟

采用高速摄像法测量了0.20 m×0.02 m×2.00 m拟二维床内气泡尺寸分布和流型等变化规律,结果表明,随着表观气速的增大,鼓泡床内依次呈现均匀鼓泡区、过渡区和湍动区3种形式,以气泡个数概率表示的气泡尺寸分布呈对数正态分布。以计算流体力学软件ANSYS CFX 10.0为平台,采用k-ε湍流模型和GRACE曳力模型对气液鼓泡床内流体动力学行为展开了数值模拟,其结果与实验值比较吻合。研究表明,从多相流理论出发的计算流体力学模拟方法可以用来预报鼓泡床内流型过渡等流体动力学特性。     

探讨复杂结构反应器内气液两相数值模拟的网格拓扑方法

网格拓扑方法直接影响到复杂结构的反应器内,气液两相数值模拟的收敛速度和计算精度。本文在引入中心下料管和环管式气体分布器的环流反应器内,通过实验,考察了不同表观气速下轴、径向局部气含率和气泡上升速度的分布特性。在此基础上,使用商业软件ANSYS CFX10．0,采用非结构化和杂交两种不同的网格拓扑方法,为该反应器作数值模拟。从定性角度来看,两者结果均表明内、外环气含率均随表观气速的增大而增大;外环循环流入内环的气泡量少;在同一表观气速下,外环气含率远远低于内环;内环气泡速度远远大于外环,这些规律与实验数据基本吻合。从定量角度来看,杂交网格法可清楚地反映出气体分布器和下料管液体入口的影响,以及外环气泡速度方向在导流筒外壁处向上,而这些却是非结构化网格法难以实现的。这说明了在该反应器内的气液两相数值模拟中,采用杂交网格法比单纯的非结构化网格法准确得多。因此,对于复杂几何结构的反应器,本文建议采用杂交网格法。     

强制液体外循环气升式内环流反应器的流体力学特性

在有机玻璃制成的主体反应器(φ0.286 m×3.0 m)内，采用空气-水的气液两相体系考察了不同表观气速下带有中心下料管和环管式气体分布器的环流反应器内局部气含率和内环气泡上升速度的流体力学特性。结果表明：气含率均随表观气速的增大而增大；从外环流入内环的气泡数量比较少；在相同条件下外环的气含率远远低于内环的气含率；新型气体分布器的采用和液体外循环的引入可以增大床层气含率并使其分布趋于均匀，从而增大了内环中气液两相的接触面积和湍动强度，使传递过程得到强化。在此基础上采用商业软件ANSYS CFX10.0对该反应器进行了数值模拟研究，模拟结果与实验数据基本吻合，说明了基于实验验证的Euler-Euler法可以用于该反应器开发和放大研究。     

强制浆液外循环三相气升式内环流反应器的气含率特性

在有机玻璃制成的组合反应器(φ0.284×3.0 m)内,采用空气、水和玻璃微珠(密度为2420 kg/m3和平均粒径为5.92×10-4 m)的气液固三相体系考察了不同表观气速下环流反应器内不同流动区域的径向局部气含率和内、外环轴向平均气含率分布特性.局部气含率采用电导探针法测定,轴向平均气含率由局部气含率的截面积分得出.结果表明气含率均随表观气速的增大而增大;外环循环流入内环的气泡量少;在相同条件下外环的气含率远远低于内环的气含率.浆液外循环的引入和新型气体分布器的采用可以增大导流筒内气体与浆液两相的接触面积和湍动强度,从而使传递过程得到了强化.     

二维鼓泡床内气泡尺寸分布的实验与CFD模拟

在有机玻璃制成的二维鼓泡床(0.20m×0.02m×2.00m)内,采用摄像法对空气－自来水的气液两相体系的气泡尺寸分布进行了考察。以商业计算流体力学软件ANSYS CFX 10.0为平台,在双流体模型的基础上,采用k-ε湍流模型和GRACE曳力模型对气液鼓泡床内流体动力学行为进行了多相流CFD数值模拟。结果表明 MUSIG(Multiple Size Group)模型实现了对多气泡体系内气泡尺寸分布特性的考察,气泡尺寸分布的模拟结果与实验结果吻合得较好,从而说明了考虑了气泡聚并破碎的MUSIG模型能很好地反映出鼓泡床内气泡尺寸分布特性。