鼓泡塔内气液流动行为的CFD-PBM耦合模型数值模拟

发布时间：2021-07-03 21:37

　　气液鼓泡塔因其独特的优势而被广泛应用于石油化工.、环境工程等领域,对鼓泡塔内气液流动行为的研究一直是该领域的热点之一。由于许多化工过程都是在加压条件和有机溶剂体系下进行的,因此,准确预测加压鼓泡塔中气液两相的流动状况及流体动力学参数的变化规律,这对加压鼓泡塔的设计、放大及优化更具有指导意义。本文在Fluent15.0平台上对内径为0.3m,高为6.6m的气液加压鼓泡塔进行了数值模拟。对比分析了操作压力在0.5-2.0MPa,表观气速在0.12-0.32m/s下电导探针、电阻层析成像技术（ERT）、差压法等测试技术得到的实验数据,并考察了压力、液体物性等参数对鼓泡塔内流体动力学参数的影响规律,主要研究结果如下:在课题组前期数值模拟工作的基础上,提出了基于CFD模拟的三种气泡群曳力模型。模型A是在Roghair的气泡群曳力模型中加入了大小气泡气含率,并进一步利用密度修正项优化了模型参数;模型B是将小气泡与液相视为密相,将大气泡视为疏相,基于Buffo和Roghair的气泡群曳力模型提出简化方案;模型C是基于多尺度能量最小化（EMMS）概念的双气泡尺寸（DBS）曳力模型,将CD/Db简化为密... 

【文章来源】：北京石油化工学院北京市

【文章页数】：133 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

鼓泡塔测量技术的分类Fig.1-1Shapemechanismofbubblesmovingthroughliquid

时液体速度、气泡尺寸和瞬时气泡速度。开发了一种图像处理程序，标记气泡的边界。2200 15mmiD H1.0m空气-蒸馏水使用 γ-ray 光密度测定法获得了鼓泡塔在湍流状态下的总体气含率和局部气含率的分布。并研究了表观气速、静液高、乙酸浓度、固体和消泡剂对总气体含量的影响。0.3miD 5mmsDH6.6m0 0.54m s1.0MPagUP 空气 - 乙酸 - 对苯二通过电阻层析成像技术研究了气含率和平均气含率的径向变化，并研究了气液固三相中径向气含率及平均气含率的分布。0.16miD0.02 0.25m s0 0.011m sglUU 空气-水（自来水）体利用光纤探针测得鼓泡塔内气含率、气泡上升速度、气泡弦长，并与电导探针方法对比，发现光纤探针具有响应快、阶跃显著等优点。0.3miD H6.6m310 133m h3.5MPagqP 泡尺寸分布

不同而发生形状的变化，会直接影响系统的流动行为。Clift[22]研究泡变为大气泡的过程中会经历不同形状的变化，但可以根据Eo，来对气泡形状进行分区，如图1-2所示，具体如下：Re、Eo都较小时，气泡形状可认为是球形；Mo较小时，随着Eo的增大，气泡开始从球形变为椭球型直至为Mo较大时，随着Eo的增大，气泡由凹陷的椭圆形变为裙状形；Eo较大时，随着Re的增大，气泡由裙状发生破碎转化为半球形 流型划分鼓泡塔中，根据反应器尺寸、表观气速、表观液速及气液物性的同的流型，而目前最主流的流型划分方法分为表观气速与塔设备尺观气速及表观液速的划分，具体如下：观气速-塔内径

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于气泡群相间作用力模型的加压鼓泡塔流体力学模拟[J]. 刘鑫,张煜,张丽,靳海波.  化工学报. 2017(01)
[2]气液鼓泡床反应器中气泡行为光纤探针测量方法[J]. 何广湘,郭晓燕,杨索和,靳海波.  北京航空航天大学学报. 2017(02)

博士论文
[1]基于格子波尔兹曼方法的鼓泡塔反应器复杂流动的多尺度模拟[D]. 舒树礼.中国科学院研究生院(过程工程研究所) 2016
[2]列管型鼓泡塔中流动发展规律的研究[D]. 李兆奇.浙江大学 2015
[3]湍动鼓泡塔充分发展段的流体力学与内构件技术研究[D]. 张煜.浙江大学 2011
[4]气液（浆）反应器流体力学行为的实验研究和数值模拟[D]. 王铁峰.清华大学 2004

硕士论文
[1]基于CFD-PBM耦合模型的加压鼓泡塔鼓气液两相流数学模拟的研究[D]. 张博.北京石油化工学院 2018
[2]加压气液鼓泡塔流体力学参数的测量与CFD数值模拟[D]. 秦玉建.北京化工大学 2012
[3]加压浆态鼓泡床反应器中部分流体力学特性的研究[D]. 杨索和.北京化工大学 2004



本文编号：3263399