鼓泡床反应器流动特性的cfd研究进展

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1、ＲesearchadvancesinCFDsimulationofgas-liquidtwo-phaseflowinbubblecolumnreactor鼓泡床反应器流动特性的研究进展CFD薄守石，王剑，白飞，戴学智，孙兰义*(中国石油大学(华东)化学工程学院，山东青岛266580)摘要:从计算模型和影响因素2个方面系统综述了鼓泡床反应器内气液两相流CFD的研究进展。介绍了与模型建立相关的多相流模型、湍流模型、相间作用力和气泡尺寸模型的选择和适用情况。总结了表观气速、液相性质、反应器尺寸、分布器和内构件

2、等对反应器流动特性的影响。最后指出了目前存在的不足，并对其发展进行了展望。关键词:鼓泡床反应器;气液两相流;计算流体力学中图分类号:TQ021文献标志码:A文章编号:0253－4320(2014)07－0052－05BOShou-shi，WANGJian，BAIFei，DAIXue-zhi，SUNLan-yi*(CollegeofChemicalEngineering，ChinaUniversityofPetroleum，Qingdao266580，China)Abstract:Theresearcha

3、dvancesinCFDsimulationofgas-liquidtwo-phaseflowinbubblecolumnreactorisreviewed．Themultiphasemodels，turbulencemodels，interfacialforcesandbubblesizemodelsareanalyzed．Theeffectsofsuperficialvelocity，liquidphaseproperties，columndimensions，gasspargerandintern

4、alsaresummarized．Thecurrentproblemsinthisfieldarepointedout．Thedevelopmentdirectionsinthefutureareproposedaswell．Keywords:bubblecolumnreactor;gas-liquidtwo-phaseflow;CFD多相流模型目前有2种数值计算的方法处理多相流:欧拉－鼓泡床反应器由于其结构简单、易操作和良好的传递特性而被广泛应用于石油化工、生物化工及冶金等领域，其典型过程包括重油加氢

5、、费托合成和生物发酵等［1］。计算流体力学(CFD)是流体力学的重要分支，相比实验研究花费少，节省人力物力［2］。近年来，由于计算机技术的飞速发展和计算方法的改进，CFD越来越多地被应用于研究鼓泡床反应器内部复杂的流动情况和流场分布。本文中综述了鼓泡床反应器内两相流CFD模型和流动特性影响因素的研究进展，指出了目前该领域存在的不足，并对未来的发展方向进行了预测。1.1拉格朗日方法和欧拉－欧拉方法。在欧拉－拉格朗日方法中，液相被视为连续相，采用欧拉观点直接求解时均纳维－斯托克斯方程，而气泡的运动采用朗格朗

6、日观点的离散相模型计算得到。此方法的优点是容易处理气泡之间的相互作用，而且能追踪气泡的整个运动过程;但由于计算量巨大，一般计算机容量难以满足要求，在多相流计算中主要应用于气含率较低的系统。Delnoij等［3］采用欧拉－拉格朗日方法研究了不同高径比对鼓泡床反应器内流型及流场的影响，得到气泡在反应器内的瞬时分布。Buwa等［4］用欧拉－拉格朗日方法研究了不同表观气速、高径比下流场和气泡浓度分布，并与实验和欧拉－欧拉方法的结果进行比较，发现3种方法所得时均气含率和轴向液速的差距较小。在欧拉－欧拉方法中，气液

7、两相均被处理成连续介质，采用欧拉观点针对每一相分别求解时均纳维－斯托克斯方程，此方法建立的模型即通常所说的多相流模型或两相流模型。目前较通用的多相流模型包括流体体积模型(VOF)、混合物模型(Mixture)和欧拉模型(Euler)。与建模相关的问题鼓泡床反应器是一类典型的气液两相流动反应器，由于气相的搅动，反应器内呈现湍流状态，气液相间存在复杂的相互作用;当表观气速较小时，反应器内气泡尺寸单一，随着表观气速的增加，气泡的聚并和破碎作用增强，气泡大小形成一定的分布。为了使建立的模型能更加准确地预测鼓泡床

8、反应器内的流体力学特性，在建模过程中，需要选择合适的多相流模型、湍流模型、相间作用力模型和气泡尺寸模型。1收稿日期:2014－01－18基金项目:中央高校基本科研业务费专项资金资助(27Ｒ1204008A);高等学校博士学科点专项科研基金新教师类资助课题(20120133120004)作者简介:薄守石(1980－)，男，博士，讲师，主要研究方向为强化传热与节能、加氢反应器设计等;孙兰义(1972－)，男，教授，主要研究方向为过程模拟、优化及