基于相间作用力模型的加压鼓泡塔流体力学数值模拟研究

发布时间：2022-12-22 04:44

　　工业鼓泡塔反应器通常加压,且表观气速大于0.1 m·s^-1的湍动鼓泡状态下操作。现有研究大多由经验或半经验的关联式描述流场特性参数的变化规律,缺乏对加压鼓泡塔流场系统地理论研究,因此,有必要对湍动加压鼓泡塔进行相关研究。本文在FLUENT15.0平台上结合UDF子模型,获得了双流体加压鼓泡塔二维轴对称动态计算流体力学模型。通过数值模拟考察了湍动加压鼓泡塔(操作压力为0.5 MPa~2.0 MPa,表观气速为0.199 m·s^-1~0.317 m·s^-1)内流场运动特性,并与内径为300 mm的加压鼓泡塔冷态实验数据（秦玉建,2012）进行比较分析。论文主要包括以下三个部分:（1）通过二维轴对称模拟,系统考察了单气泡曳力模型、气泡群曳力模型、气泡群升力和湍流扩散力平衡模型以及壁面润滑力模型,对冷态加压鼓泡塔充分发展段流场的影响。考察结果表明采用修正后的气泡群曳力模型、径向力平衡模型、以及壁面润滑力模型描述气泡群相间作用力,能够较为准确地描述出时均流场特性参数的径向分布规律。（2）采用本文的CFD模型对加压鼓泡塔流场进行模拟... 

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
符号说明
第一章 绪论
    1.1 选题背景及意义
    1.2 鼓泡塔流体力学特性
        1.2.1 流型
        1.2.2 气含率
        1.2.3 气泡性质
        1.2.4 液体运动
    1.3 鼓泡塔CFD模拟研究
        1.3.1 多相流数值模拟方法
        1.3.2 相间作用力模型
        1.3.3 湍流模型
        1.3.4 气泡尺寸分布模型
        1.3.5 加压鼓泡塔的CFD模拟研究
    1.4 本文工作思路及研究内容
第二章 加压鼓泡塔CFD模型
    2.1 模型设置
    2.2 控制方程
    2.3 曳力模型
        2.3.1 曳力模型作用分析
        2.3.2 曳力模型比较
    2.4 横向升力模型
        2.4.1 横向升力模型作用分析
        2.4.2 横向升力模型比较分析
    2.5 湍流扩散力模型
    2.6 壁面润滑力模型
        2.6.1 壁面润滑力模型作用分析
        2.6.2 壁面润滑力模型比较分析
    2.7 气泡群体平衡模型(PBM)
        2.7.1 气泡破碎模型
        2.7.2 气泡聚并模型
    2.8 求解方法
    2.9 网格无关性检验
        2.9.1 无壁面润滑力模型影响
        2.9.2 壁面润滑力模型影响
    2.10 小结
第三章 加压鼓泡塔综合模型数值模拟
    3.1 CFD模拟结果与分析
        3.1.1 表观气速的影响
        3.1.2 操作压力的影响
    3.2 CFD-PBM耦合模型模拟结果与分析
        3.2.1 气含率
        3.2.2 气泡尺寸
        3.2.3 速度分布
    3.3 小结
第四章 总结与展望
参考文献
致谢
研究成果与发表的学术论文
作者简介与导师简介


【参考文献】：
期刊论文
[1]煤炭间接液化:从基础到工业化[J]. 相宏伟,杨勇,李永旺.  中国科学:化学. 2014(12)
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[3]煤间接液化技术及其研究进展[J]. 孙启文,吴建民,张宗森,庞利峰.  化工进展. 2013(01)
[4]浆态床醇醚燃料合成技术及反应器数学模型[J]. 应卫勇,陈振,张海涛,房鼎业.  石油化工. 2011(12)
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[6]采用电阻层析成像技术测量三相外环流反应器中相含率的实验研究[J]. 韩玉环,靳海波.  过程工程学报. 2009(03)
[7]鼓泡塔反应器气液两相流CFD数值模拟[J]. 李光,杨晓钢,戴干策.  化工学报. 2008(08)
[8]应用电导探针测定鼓泡塔内气泡参数[J]. 吕术森,陈雪莉,于广锁,于遵宏.  化学反应工程与工艺. 2003(04)

博士论文
[1]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
[2]鼓泡塔反应器气液两相流数值模拟模型及应用[D]. 李光.华东理工大学 2010
[3]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]影响鼓泡塔气—液两相流流体力学行为因素的研究[D]. 翟甜.西北大学 2014
[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]浆态床费托合成反应器二维分布模型[D]. 卢佳.浙江大学 2010
[4]鼓泡反应器瞬态性能的数值模拟研究[D]. 包佳琨.天津大学 2004



本文编号：3723476