气升式内环流反应器流体力学性能实验研究及数值模拟

摘要

本文在φ300，高为4200mm的实验装置中，以空气－水为物系，研究了气体分布装置及气液分离区高度对气升式内环流反应器流体力学性能的影响，并利用计算流体力学软件FLUENT6.1采用Eluer-Eluer模型对其进行了二维数值模拟。　　实验通过压差法、体积膨胀法测量了气液分离区高度分别为115mm、275mm和420mm以及气体分布装置开孔率分别为0.266、0.672和2.549时反应器中升气管、降液管的气含率以及在整个反应器中的总气含率；并采用热膜风速仪测量了降液管液体循环速度。研究了气液分离区高度、气体分布装置对气含率以及气泡在降液管中的相态转变的影响。　　本文气液两相流数值计算表明，随着表观气速的增大，气液两相运动速度明显提高，而且气液两相的脉动也增强。模拟还得到升气管表观气速在0.6cm/s～3.0cm/s时气升式环流反应器的压力分布以及升气管、降液管中的速度分布。模拟计算结果与热膜风速仪测得的速度相吻合，从而证实了计算结果的有效性。

目录

文摘

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第一章前言

第二章文献综述

2.1气升式反应器的介绍和分类

2.2气升式反应器的研究现状

2.2.1流体力学性能

2.2.2传质性能

2.2.3气升式反应器结构对反应器性能的影响

2.3气升式反应器的流动模型

2.3.1气相返混模型

2.3.2液相流动模型

2.4气升式反应器的工业应用

2.5气升式反应器中流体力学的数值模拟

第三章计算流体力学简介

3.1概述

3.2本构方程

3.3湍流模型

3.4多相流模型

3.4.1拉格朗日(Lagrange)法

3.4.2欧拉(Euler)法

3.4.3欧拉-拉格朗日方法

3.4.4欧拉-欧拉方法

3.5模型的求解

3.5.1离散方法

3.5.2压力一速度关系

3.5.3求解代数方程

第四章实验装置与内容

4.1装置与流程

4.2实验内容和测试方法

4.2.1气含率的测定

4.2.2液体循环速度的测定

4.3实验中存在的问题

第五章实验结果与讨论

5.1降液管中气泡夹带分析

5.2实验结果讨论

5.2.1降液管液体循环速度与表观气速的关系

5.2.2气体分布装置开孔率对总气含率的影响

5.2.3气液分离区高度对总气含率的影响

5.2.4反应器结构对气泡在降液管中运动状态的影响

第六章气升式反应器的数值计算

6.1工作状态的模拟过程

6.1.1计算过程

6.1.2计算区域及网格划分

6.1.3模型的使用

6.2模拟结果显示与分析

6.2.1迭代残数

6.2.2压力分布

6.2.3速度分布

6.2.4气含率分布

6.2.5计算值与实验值比较

第七章总结与展望

7.1总结

7.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文