基于ERT技术多级鼓泡塔和内循环鼓泡塔流体力学与数值模拟

摘要

基于传统的鼓泡塔发展起来的多级鼓泡塔和气升式内循环反应器，以其操作简单、低消耗、传质、传热效率高等优点被广泛应用于各种工业过程。但由于多相流的复杂性，气液反应器的理论研究和测量方法仍处于发展阶段，因此，对于该类反应器的流体力学研究将对反应器的优化操作和设计、放大有着重要的意义。
　　 本文采用电阻层析成像技术、计算流体力学以及压差法等方法对直径为282mm，高2000mm的多级鼓泡塔和直径155mm，高1240mm的气升式内循环反应器流体力学参数进行了实验研究和数值模拟。
　　 对于多级鼓泡塔，考察了操作参数(表观气速)和反应器结构参数(筛板开孔率、孔径、舌型板开孔角度)对多级鼓泡塔反应器内气含率、液体速度、气泡特性等参数的影响。随着表观气速的增加，气含率和液体速度都随之增加;筛板开孔率、孔径、舌型板开孔角度越小，反应器内下层的气含率和气垫层高度越大。由于筛板和舌型板的存在，增大了反应器漩涡的强度，进而影响了气泡的聚并和破碎程度。
　　 对气升式内环流反应器，考察了表观气速和导流筒结构参数对气升式内循环反应器内上升区、下降区内气含率、流体特性的影响。实验结果表明，反应器内上升区和下降区内气含率均随着表观气速的增加而增加;导流筒内径越小，上升区气含率与气液上升速度亦越大，而下降区气含率和液循环速度将减小。导流筒底隙高度对上升区内气含率、气液流动特性影响不大，而下降区，气含率随着底隙高度的增加而增大，当导流筒底隙高度很小时，下降区气液流动速度很小。

目录

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学位论文数据集

摘要

符号说明

第一章 文献综述

1．1 课题背景和研究意义

1．2 气液鼓泡塔反应器

1．3 气液反应器研究现状

1．3．1 气液反应器内流体流型分类

1．3．2 气液鼓泡塔中气含率

1．3．3 气含率径向分布

1．3．4 气泡特性

1．3．5 气泡速度

1．3．6 液体循环速度

1．3．7 扩散-返混

1．3．8 测量方法

1．4 电阻层析成像技术的发展与应用

1．5 计算流体力学

1．5．1 质量守恒方程

1．5．2 动量守恒方程

1．5．3 湍流方程

1．5．4 CFD技术在气液反应器中的应用

第二章 实验装置与测量方法

2．1 实验装置

2．1．1 多级鼓泡塔

2．1．2 气升式内循环反应器

2．2 实验方法

2．2．1 压差法

2．2．2 电阻层析成像技术

2．3 反应器的数值模拟

2．3．1 双流体模型

2．3．2 气泡聚并和破碎模型

2．3．3 初始、边界条件

2．3．4 求解参数的控制以及收敛条件

第三章 多级鼓泡塔反应器流体力学特性与数值模拟

3．1 气含率

3．1．1 平均气含率

3．1．2 气含率径向分布

3．1．3 多级鼓泡内气含率分布

3．1．4 反应器内气含率的时间序列图

3．2 鼓泡塔内气泡直径和气泡上升速度

3．2．1 鼓泡塔反应器内气泡直径

3．2．2 气泡上升速度

3．3 气垫层高度

3．4 液体速度

3．5 返混特性与筛板液体交换速度

3．6 小结

第四章 气升式内循环反应器流体力学特性与数值模拟

4．1 模型验证

4．1．1 网格类型对模拟的影响

4．1．2 (非)稳态对模拟的影响

4．1．3 湍流模型的影响

4．1．4 小结

4．2 反应器流体力学参数

4．2．1 流型可视化

4．2．2 气含率

4．2．3 气泡尺寸分布

4．2．4 流动特性

4．2．5 分离器角度对反应器内流体特性的影响

4．3 小结

第五章 结论与展望

5．1 多级鼓泡塔

5．2 气升式内循环反应器

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者简介

硕士研究生学位论文答辩委员会决议书