鼓泡塔与内循环气升式反应器内气-液两相流的数值模拟

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1、北京化工大学硕士学位论文鼓泡塔与内循环气升式反应器内气-液两相流的数值模拟姓名：张晓东申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：贾志刚20060606摘要鼓泡塔与内循环气升式反应器内气一液两相流的数值模拟摘要学术界和工业应用研究领域对鼓泡塔和气升式反应器的关注日益增加，在化学、石化和生化工业中广泛用作气液接触器和反应器，与其他多相反应器相比有其独特的优点：无机械传动部件因而易于维护，界面积大，气液传输速率高，传热特性好。本文利用商业计算流体力学软件FLUENT6．2对鼓泡塔和内循环气升式反应器内的气液两相流进行了二维非定常模拟。基本模型为欧拉模

2、型，湍流模型采用标准k一占模型，体系为空气一水。比较了两种反应器内的气含率分布和流型，并将计算结果与文献中的实验数据和计算结果对比。结果显示，不同表观气速下，两种反应器内的气含率分布和流型存在较大差异。三种表观气速下鼓泡塔皆存在气泡群的摆动，内循环气升式反应器在较高气速下才存在此现象。对于两种反应器，表观气速越大，气含率、液速和轴向液速越大，液体的循环速度也越大，这说明表观气速是反应器设计和改进的重要流体力学参数。由于内循环气升式反应器内存在导流筒，使得流场与鼓泡塔内的流场明显不同。本文的研究结果与以往文献中的研究结果相吻合。这说明简单的二维模

3、型可对反应器内的整个流场和气含率分布做出合理的计算，为以后三维计算和进一步研究奠定了基础。关键词：计算流体力学；鼓泡塔；气升式反应器；气液；数值模拟北京化工大学硕士学位论文SIMULATIONSOFGAS—LIQUIDFLOWINABUBBLECoLUMNANDANINTERNALAIRI．IFTLOoPREACToRABSTRACTBubblecolumnandairliftreactorsareattractingincreasingacademicandindustrialresearchinterestinviewoftheirmany

4、potentialapplications．Theyarewidelyusedasgas-liquidcontactorsandreactorsinchemical，petro—chemicalandbiochemicalindustries．Theprincipleadvantagesofthetworeactorsaretheabsenceofmovingparts，leadingtoeasymaintenance，highinterfacialareasandtransportratesbetweenthegasandliquidphas

5、es，goodheattransfercharacteristics．Inthispaper,twodimensionalunsteadysimulationsofabubblecolumnandanintemalairliftloopreactorsarepresented．Thesimulationsarebasedonatwo．fluidmodelandastandardk—Fturbulencemodel．Thefluidsystemisair-water．Gasvolumefractiondistributionandflowpaae

6、minthetworeactorsarecomparedwiththeexperimentalandcomputationalresultsintheliteratureTheresultsshowthatgasvolumefractiondistributionandflowpatternaredifferentsignificantlyinthetworeactors．Atthethreesuperficialgasvelocities，theoscillatorybubbleplumesarepredictedinbubblecolumn

7、．Intheinternalairlift100preactorsthisphenomenaexistsonlyathighersuperficialgasvelocities．Inbothtworeactors，largersuperficialgasvelocity,IIlargergasvolumefraction，liquidvelocityandverticalvelocityaswellasliquidcirculationvelocity．Sothesuperficialgasvelocityisanimportanthydrod

8、ynamicparameterfordesignorimprovementofreactors。Flowpatternintheinternalaid