加压气液鼓泡塔流体力学参数的测量与CFD数值模拟

摘要

本文采用双头电导探针及电阻层析成像技术(ERT)在内径300mm，高6600mm的加压气液鼓泡塔中，研究了空气-水体系中气液流动特性。在表观气速0.120-0.312m/s，系统压力0.5-2.0MPa范围内，考察了表观气速、系统压力对气含率、气泡群上升速度、Sauter直径及其径向分布的影响。实验结果表明，鼓泡塔中气含率、气泡群的上升速度、Sauter直径均随着表观气速升高而增大;气含率随着系统压力的升高而增大，气泡群的上升速度、Sauter直径随着系统压力的升高而减小。气含率、气泡群上升速度、Sauter直径的径向分布呈现出中心高壁面低的分布特征。根据120组实验数据得出了气含率的径向分布关联式。
　　 同时采用Euler-Euler模型，并耦合了标准k-ε模型和群体平衡模型(PBM)对其进行模拟。获得了局部气含率、局部气/液相时均轴向速度及其径向分布的规律，并与局部气含率、局部气相速度实验结果相一致，且液相速度随表观气速及系统压力的增加明显的增大。在0.6＜r/R＜0.8范围内液相速度的方向发生改变，表观气速越大，拐点位置越靠近壁面，而表观气速对液相速度的最低点影响较小，与文献结果相符。

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摘要

符号说明

前言

第一章 文献综述

1．1 鼓泡塔反应器

1．1．1 流体流型

1．1．2 鼓泡塔流体力学参数的测量技术

1．1．3 气含率

1．1．4 气含率分布

1．1．5 气泡性质

1．2 CFO数值模拟

1．2．1 CFD发展

1．2．2 商用CFD软件

1．2．3 计算网格

1．2．4 湍流模型

1．2．5 多相流数值模拟方法

1．2．6 相间作用力模型

1．2．7 气泡模型

第二章 实验装置和测量方法

2．1 实验装置

2．2 实验体系和实验条件

2．3 气相参数测量技术及数据处理

2．3．1 平均气含率

2．3．2 横截面平均气含率及其径向分布

2．3．3 气泡参数

2．4 小结

第三章 加压气液鼓泡内的气泡参数及径向分布

3．1 测量方法比较

3．2 平均气含率

3．2．1 表观气速的影响

3．2．2 系统压力的影响

3．3 气含率径向分布

3．3．1 表观气速对气含率径向分布的影响

3．3．2 系统压力对气含率径向分布的影响

3．3．3 气含率关联式

3．4 气泡群上升速度

3．4．1 表观气速对气泡群上升速度的影响

3．4．2 系统压力对气泡群上升速度的影响

3．5 气泡Sauter直径

3．5．1 表观气速对气泡Sauter直径的影响

3．5．2 系统压力对气泡Sauter直径的影响

3．6 小结

第四章 气液鼓泡塔CFD数值模拟

4．1 数学模型

4．1．1 双流体模

4．1．2 相间作用力

4．1．3 湍流模型

4．1．4 气泡模型

4．1．5 气泡破碎与聚并模型

4．2反应器结构及模型方程求解

4．3 模拟结果与分析

4．3．1 气含率

4．3．2 气含率径向分布

4．3．3 速度分布

4．3．4 气泡尺寸分布

4．3．5 气液流动

4．4 小结

第五章 结论与展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者简介

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