竖直列管鼓泡塔气液两相流数值模拟

发布时间：2017-06-21 20:00

  本文关键词：竖直列管鼓泡塔气液两相流数值模拟，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：鼓泡塔反应器具有传质传热效果好,结构简单,成本低等优点,广泛应用于煤化工、石油化工、生物工程、环境工程等领域。本文以竖直列管鼓泡塔为研究对象,运用欧拉-欧拉双流体模型,确立适用性于模拟带有竖直列管内构件的鼓泡塔内数学物理模型,通过一系列数值模拟,分析比较了气泡尺寸、气泡诱导湍流、曳力和升力以及壁面作用力对鼓泡塔气液两相流动特性的影响,具体研究以下内容。分析比较了现有的几种气泡合并与分裂模型,并提出耦合PBM模型,此模型能够较好描述气泡的合并与分裂,其中合并模型较为全面考虑碰撞诱导合并的因素,分裂模型采用表面能和压力能耦合的思想,得到的子气泡尺寸分布呈M型分布,与Kulkarni的实验进行对比发现,该模型能较好地预测气泡尺寸概率分布。采用上述耦合PBM模型对竖直列管鼓泡塔的三维模拟进行探究,对比轴向液速、气含率、湍动能等湍流参数,发现基于各向异性的RSM模型更适于计算竖直列管鼓泡塔。与空塔对比,竖直列管的加入使湍动能和耗散率显著降低,气泡尺寸变大。对竖直上升管泡状流进行了数值模拟研究,发现在径向力中升力起主导作用,湍流扩散力比较微弱不足以抵抗升力,壁面润滑力能够改善壁面附近气含率,壁面峰值与实验相近。气泡诱导湍流(BIT)对气-液两相流的模拟结果影响比较明显,尤其对湍动能、耗散率有所改善,其中Troshko模型相对Sato模型更能反映气泡诱导湍流对液相湍动的作用；高气速时,BIT对液速的影响比较显著,低气速时,由于系统中气含率较低,气相对液相的湍动贡献较小,BIT对液速的影响基本上可以忽略。
【关键词】：鼓泡塔 竖直列管内构件 竖直上升气液泡状流 湍流封闭模型 计算流体力学
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ021.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 第1章 绪论13-31
• 1.1 背景13-14
• 1.2 气液鼓泡塔的实验研究14-19
• 1.2.1 气液两相流动规律及影响因素14-17
• 1.2.2 内构件对鼓泡塔内气液流动规律的影响17-19
• 1.2.3 鼓泡塔与竖直上升管气-液两相流动的区别19
• 1.3 气液两相数值模拟研究19-29
• 1.3.1 湍流两相动量方程20-25
• 1.3.2 气液相间作用力模型25-28
• 1.3.4 气泡尺寸模型28-29
• 1.4 本文研究内容及创新点29-31
• 第2章 PBM模型的对比分析31-38
• 2.1 机理分析31-38
• 2.1.1 气泡合并模型31-34
• 2.1.2 气泡分裂模型34-38
• 第3章 带有竖直列管鼓泡塔的数值模拟38-53
• 3.1 计算模型40-42
• 3.1.1 双流体模型40
• 3.1.2 湍流模型40-41
• 3.1.3 相间作用力与气泡模型41-42
• 3.2 模拟对象与计算设置42-43
• 3.3 模拟结果与讨论43-51
• 3.3.1 湍流模型的对比43-48
• 3.3.2 竖直列管对鼓泡塔内流体力学特性影响对比与分析48-51
• 3.4 本章小结51-53
• 第4章 竖直上升气液泡状流数值封闭模型的比较研究53-66
• 4.1 计算模型54-57
• 4.1.1 双流体模型54
• 4.1.2 湍流模型54-55
• 4.1.3 相间作用力模型55-57
• 4.2 模拟对象及计算设置57-58
• 4.3 模拟结果与讨论58-64
• 4.3.1 径向力对流场的影响58-61
• 4.3.2 BIT模型对流场的影响61-64
• 4.3.3 表观液速对气含率分布影响64
• 4.4 本章小结64-66
• 第5章 全文总结与展望66-68
• 5.1 全文总结66-67
• 5.2 展望67-68
• 参考文献68-74
• 致谢74

【参考文献】

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本文编号：469727