气液两相反应器内流场特性的CFD模拟

发布时间：2017-07-26 14:09

  本文关键词：气液两相反应器内流场特性的CFD模拟

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【摘要】：气液搅拌釜和鼓泡反应器是广泛应用于石油、化工等领域的气液反应器,目前使用CFD数值模拟方法对该类反应器进行研究为其操作以及结构设计与优化提供了有效参考。本文使用Euler-Euler双流体模型结合标准κ一ε湍流模型对两类反应器内气液两相流流场进行模拟,重点考察搅拌转速、通气流量、布气方式对宏观和微观流场特性参数的影响。使用Fluent软件,采用单一气泡尺寸假设,对羰基化法制醋酐的三层组合桨气液搅拌釜的流场进行模拟,主要研究搅拌转速和通气流量对气含率、通气搅拌功率和混合时间的影响。结果表明：局部气含率的轴向分布呈现多峰形式,整体气含率和局部气含率峰值随着搅拌转速或通气流量的增加而增大；相对功率消耗(RPD)曲线随着通气流量的增加而下降,模拟结果和文献的实验结果变化趋势相同；提高搅拌转速可以有效地减少混合时间,但混合效率降低,通气流量的变化对混合时间的影响比较复杂。在气液搅拌釜整体结构的基础上,将搅拌桨换成三层环管型气体分布器,进而设计了一种类似鼓泡塔的鼓泡反应器。模拟研究了分布器通气流量分配比例和布气方式对其流场特性参数的影响。结果表明：只有底层分布器通气时,整体气含率随着表观气速的增大而增大；当三层分布器均通气时,底层分布器通气量分配比例较大时,整体气含率较大；不同轴向高度的局部气含率的径向分布呈现多峰形式,其大小和分布规律受表观气速和布气方式二者的双重影响；反应器内轴向的速度流场分布十分不均匀,存在许多局部循环流,沿轴向水平截面的液相速度呈现中心峰式分布的基本规律,零速区的范围和位置随着轴向高度的改变而变化,轴向液速分布受轴向高度、表观气速和布气方式的影响；适当提高底层分布器通气流量并保持中上层分布器通气能够获得较大的液相循环速度和较小的混合时间,此类工况更合理。数值模拟结果合理,能够为鼓泡反应器的进一步设计优化和操作提供有效的指导。
【关键词】：CFD 气液两相流 气含率 混合时间 液速
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ052
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-25
• 1.1 研究意义9
• 1.2 气-液反应器简介和研究进展9-23
• 1.2.1 气-液反应器分类9-11
• 1.2.2 气液搅拌釜流场特性研究进展11-18
• 1.2.3 鼓泡反应器流场特性研究进展18-23
• 1.3 本文主要内容23-25
• 2 CFD论25-34
• 2.1 CFD概述25-27
• 2.1.1 CFD简介25-26
• 2.1.2 CFD求解过程26-27
• 2.2 气液两相流的CFD模拟方法27-28
• 2.3 双流体模型28-33
• 2.3.1 基本控制方程28-29
• 2.3.2 相间作用力29-32
• 2.3.3 气液两相湍流方程32-33
• 2.4 搅拌桨的CFD模拟方法33-34
• 3 气液搅拌釜流场的数值模拟34-61
• 3.1 数值模拟过程34-40
• 3.1.1 几何模型34-36
• 3.1.2 网格划分36-37
• 3.1.3 模拟物系和工况37
• 3.1.4 相间作用力37-38
• 3.1.5 边界条件和初始条件38
• 3.1.6 数值求解和收敛准则38-39
• 3.1.7 非定常流场发展39-40
• 3.2 计算结果与分析40-59
• 3.2.1 宏观流场40-41
• 3.2.2 通气搅拌功率41-43
• 3.2.3 气含率43-48
• 3.2.4 HCY桨叶后方气穴研究48-49
• 3.2.5 混合时间49-59
• 3.3 本章小结59-61
• 4 鼓泡反应器流场的数值模拟61-80
• 4.1 数值模拟过程61-63
• 4.1.1 几何模型和网格划分61-62
• 4.1.2 模拟物系和工况62
• 4.1.3 相间作用力62-63
• 4.1.4 边界条件和初始条件63
• 4.1.5 数值求解和收敛准则63
• 4.2 计算结果与分析63-76
• 4.2.1 气含率63-69
• 4.2.2 流场69-71
• 4.2.3 液相速度分布71-76
• 4.2.4 混合时间76
• 4.3 两类反应器的对比76-79
• 4.3.1 气含率77
• 4.3.2 混合时间77-78
• 4.3.3 功耗78-79
• 4.4 本章小结79-80
• 结论80-82
• 参考文献82-87
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况87-88
• 致谢88-89

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本文编号：576768