鼓泡式搅拌反应器内两相流的研究

发布时间：2017-10-22 00:30

  本文关键词：鼓泡式搅拌反应器内两相流的研究

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【摘要】：鼓泡式搅拌反应器结构是综合鼓泡塔与搅拌槽的特点从而进行设计的,反应器底部安装气体分布器,液面附近安装了搅拌装置。气体通过气体分布器通到反应器中,在气体分布器与搅拌器的协同作用下,不仅增加气液相接触面积,而且可以对液体进行搅拌,从而使气液混合更加均匀。本文利用软件ANSYS CFX对反应器的内部流场特性进行理论上的数值模拟,分析了不同搅拌桨安装高度和不同入口气速下的流场流型、气含率、液相速度、轴功率、湍动能及湍动能耗散云图,确定出最佳搅拌桨安装高度为280mm≤h≤320mm,即安装高度为1/3H≤h≤1/2H,最佳入口气速为0.03m/s。搅拌桨转速为400r/min时,反应器内部具有较高的气含率,又具有理想的液相速度,气液混合效果较为理想。在软件数值模拟的基础上,着重从功率、相对消耗功率、气含率等方面对鼓泡式搅拌反应器进行实验,然后对其数据进行分析,并与数值模拟进行对比验证,得出数值模拟与实验研究结果比较相似,还可以得出：搅拌功率P随着搅拌转速N呈指数形式逐渐增加,两者的关系符合P∝N3,且搅拌通气的功率比搅拌不通气功率略小；搅拌转速一定时,搅拌介质密度大的功率消耗相应也比较大；反应器相对消耗功率RPD1,相对消耗功率RPD随着搅拌桨转速的增大,值逐渐增大。
【关键词】：鼓泡式搅拌反应器 两相流 数值模拟 气含率
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ021.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-20
• 1.1 选题背景及意义9-10
• 1.2 鼓泡反应器的简介10-13
• 1.2.1 气液鼓泡反应器的传递特点10-11
• 1.2.2 鼓泡反应器中流体的流动特性11-13
• 1.3 搅拌反应器的简介13-14
• 1.3.1 多相搅拌反应器13
• 1.3.2 普通搅拌反应器13
• 1.3.3 中心龙卷流型搅拌槽简介13-14
• 1.4 研究的目的、内容和方法14-15
• 1.4.1 研究目的14
• 1.4.2 研究内容和方法14-15
• 1.5 计算方法—CFD简介15-20
• 1.5.1 CFD的简介15-16
• 1.5.2 CFD发展概况及商业软件简介16-17
• 1.5.3 CFD模拟流体研究现状17-18
• 1.5.4 CFD常用数值求解方法18-19
• 1.5.5 计算流体力学工作步骤19-20
• 第二章 新型鼓泡式搅拌反应器的模拟模型20-31
• 2.1 鼓泡区域的特征参数20-23
• 2.1.1 气泡直径20-21
• 2.1.2 气泡浮升速度21-22
• 2.1.3 气含量(气含率)22
• 2.1.4 比表面22-23
• 2.2 流体力学模型23-25
• 2.2.1 欧拉法23
• 2.2.2 欧拉-拉格朗日算法23
• 2.2.3 湍流模型23-25
• 2.3 相间作用力25-28
• 2.3.1 曳力25-26
• 2.3.2 升力26-27
• 2.3.3 虚拟质量力27-28
• 2.4 CFD处理搅拌区域的方法28-29
• 2.5 控制方程29-31
• 2.5.1 质量守恒定律29
• 2.5.2 动量守恒定律29-30
• 2.5.3 能量守恒方程30-31
• 第三章 CFD数值模拟31-49
• 3.1 模拟工况31
• 3.2 模拟过程31-33
• 3.2.1 建立鼓泡式搅拌反应器的结构模型31
• 3.2.2 网格化分31-32
• 3.2.3 初始和边界条件32-33
• 3.3 计算结果与讨论33-35
• 3.3.1 不同搅拌桨安装高度下的流体流型33
• 3.3.2 不同搅拌桨安装高度下的气含率33-34
• 3.3.3 不同搅拌桨安装高度下的液相速度34-35
• 3.3.4 不同搅拌桨安装高度下的轴功率35
• 3.4 搅拌桨安装位置最佳处的流场性能35-43
• 3.4.1 搅拌桨h=300mm的整体气含率36-37
• 3.4.2 搅拌桨h=300mm的液体速度变化37-40
• 3.4.3 搅拌桨安装高度h=300mm的能量分析40-43
• 3.5 不同气速下鼓泡式搅拌反应器两相流性能分析43-49
• 3.5.1 局部气含率径向分布43-45
• 3.5.2 液相速度径向分布45-46
• 3.5.3 能量径向分布46-47
• 3.5.4 能量耗散径向分布47-49
• 第四章 鼓泡式搅拌反应器的实验研究49-60
• 4.1 实验装置平台49-50
• 4.2 研究对象—鼓泡式搅拌反应器50-52
• 4.3 拍摄系统52
• 4.4 实验测量参数52-54
• 4.5 实验结果与数据分析54-60
• 4.5.1 搅拌功率的影响因素54-55
• 4.5.2 相对消耗功率RPD影响因素55-56
• 4.5.3 气含率εG影响因素56-58
• 4.5.4 鼓泡式搅拌反应器真实流场的实验研究58-60
• 第五章 模拟计算与实验对比分析60-63
• 5.1 搅拌功率分析对比60-61
• 5.2 气含率分析对比61-62
• 5.3 流场分析对比62-63
• 第六章 结论与展望63-65
• 6.1 结论63-64
• 6.2 展望64-65
• 符号说明65-68
• 参考文献68-75
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文75-76
• 致谢76

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本文编号：1075975