散射管气体鼓泡塔的流场特性研究及分布器优化

发布时间：2020-09-15 15:50

　　鼓泡塔作为一种构造简单的多相反应器,在实际使用中操作灵便,而且效率很高,因此被广泛用于生物化工和烟气脱硫处理等领域。近些年来,随着计算机数值模拟技术不断地发展进步,CFD模拟技术受到了越来越多学者的喜爱。时至今日,CFD技术已逐渐成为鼓泡塔气液两相流流场研究的重要手段,为鼓泡塔内流场的研究提供了一种新的途径。本文采用Fluent软件首次对有内构件散射管横向进气口式的鼓泡塔在高表观气速下(Ug=0.1m/s)进行模拟,模拟的鼓泡塔塔径D=400mm,四根散射管气体分布器直径d_(散射)=40mm,散射管所在圆环直径为d=0.5D。对于本文模拟的鼓泡塔三维物理模型,分别采用单一气泡尺寸模型和群体平衡模型(Population Balance Model,PBM)对整体气含率模拟结果进行了对比分析,发现单一气泡尺寸模型在高表观气速下的整体气含率模拟结果远大于文献实验测量值,而PBM模型模拟得到的整体气含率比较符合实验情况。以往的文献模拟研究中发现,液相经常会逸出出口,因此本文采用了压力出口边界这一新的边界条件。在模拟过程中大大减小了计算机数值模拟计算量,节省了很多工作时间,此外得到的液相速度径向分布模拟结果也更加符合鼓泡塔实际运行流场。接下来对大多数研究提出的:Schiller-Naumann、Grace和Tomiyama三种曳系数力模型进行了鼓泡塔整体气含率和局部平均气含率分布模拟分析讨论,发现Tomiyama模型得到的结果最接近文献实验测量值,最适用于本文的鼓泡塔模拟对象。最后,通过模拟散射管所在圆环直径分别为d=0.375D,0.5D,0.625D,0.75D这四种散射管气体分布器布置情况,观察不同间距下散射管进气口的布置对整体和局部气含率、液速和气泡尺寸等的影响,发现散射管进气口的布置影响鼓泡塔反应器性能,对鼓泡塔散射管进气口的布置进行分析优化,得出当散射管所在圆环直径为d=0.5D时,这种情况下鼓泡塔整体气含率和液相循环速度最大,体积平均气泡直径最小,这种情况下鼓泡塔流场综合性能最好。
【学位单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ053.5
【部分图文】：

气液反应器,鼓泡塔,管式,气泡

气泡彼此间的相互作用分布密度变化很小，没有出现聚并的轴向的方向上，此区又可视为均相流体系的特性决定。较高的表观气速下，气泡彼此之间聚集变大，同时随着气泡的变大，气两相流之间湍流强度增大，从而诱导气相的运动可被认为是各向异性的，，气泡直径处在一个很大的范围。体表观速度继续增大，气泡由湍流步增大，气泡间进一步相互聚集，较，直到与反应器直径一样大。流动形在塔内向上流动时呈柱塞形式。气液反应器结构

鼓泡塔,几何模型,气体分布器

图 4-1 鼓泡塔几何模型图 4-2 散射管气体分布器几何模型采用非结构化 Tgrid 网格，在高表观气速 U件进行模拟。鼓泡塔以 Z 轴作为塔高方向，

气体分布器,几何模型

14图 4-2 散射管气体分布器几何模型采用非结构化 Tgrid 网格，在高表观气速进行模拟。鼓泡塔以 Z 轴作为塔高方向， 0-0.6m 高度 Patch 空气相含率为 0，全为为空气，散射孔进气口只有空气进入。础上，为了节省工作量，本文模拟参考 K法，具体步骤为：在初始的 400 个时间步以保证达到收敛，接下来时间步长取 0.00时间步长改为 0.005 s，再计算 600 个时间，直到模拟结束。本文采用非稳态模拟，

【参考文献】