基于超重力旋转床中的气液两相流体流动和传质过程的数值模拟研究

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1、北京化工大学硕士学位论文超重力旋转床中的气液两相流体流动和传质过程的数值模拟研究姓名：许明申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：陈建峰;张建文20040517j匕京化工大掌硕士掌位论文超重力旋转床中的气液两相流体流动和传质过程的数值模拟研究摘要超重力旋转床作为新型高效的多相流接触装置，可以极大地强化微观混合与传质过程，已广泛应用于化工分离和反应沉淀法制备纳米粉体材料等领域。对旋转床内的气液两相流体流动和传质过程进行基础研究，有助于深入认识旋转床内气体和离散的液体微元在填料丝网中的流动行为和传质过程，为旋转床得到更广泛的应提供理论基础。本文采用计算流体力学的方法对超重力旋转床

2、中的气液两相流体流动和传质过程进行了深入的数值模拟研究。在分析前人旋转床内流体流动和传质过程研究成果的基础上，结合前人对旋转床内液体流动状况的观测结果，建立了旋转床内气体流动、液滴运动与气一液滴相传质的物理模型。在对旋转床内的丝网填料结构及丝网对液滴的破碎作用和离散液滴在旋转床填料空间内运动过程中液滴直径的变化进行合理简化以后，针对旋转床中的气体流场和液滴的运动以及传质过程，分别提出了相应的数学模型进行描述。进而采用欧拉坐标系求解气体相时均守恒控制方程组来模拟气体流场，液滴相的运动则在拉格朗日坐标系下采用颗粒轨道模型进行模拟。在对气液两相流体流动进行了数值模拟的基础上，计算了液

3、滴相的传质系数。在数值模拟分析的基础上，本文通过文献中观察到的实验现象和公I求缍妒。瓢碍师同意■全文叠帝j匕着C化工大掌硕士学位论文开发表的数据，对所建立的旋转床中的气液两相流体流动和传质过程的数值模拟模型进行了验证。验证结果表明，本文建立的气液两相流体流动和传质过程的数值模拟模型能够较恰当地处理旋转床中的气液两相流体流动和传质过程。文中利用所建立的模型考察了不同几何结构的旋转床中的旋转填料对于强化气体湍流程度的作用，并模拟了不同入射角度下的液滴的运动轨迹。进而对不同的操作条件下的传质系数进行了研究和分析讨论，以期对旋转床中的传质过程有更进一步的认识和理解，为相应的操作、设备设

4、计提供基础。关键词：超重力旋转床，两相流，传质，颗粒轨道模型，数值模拟11j匕京化工大掌硕士掌位论文CFDMODELING0FGAS-LIQUIDFLOWA卜TDMASSTRANSFERINROTATINGPACKEDBEDSABSTRACTAsanovelmultiphasecontactor,RotatingPackedBed(RPB)Callgreatlyintensifytheprocessesofmicromixingandmasstransferherein·Recently,RPBhasbeensuccessfullyappliedtomanufacturingn

5、anomaterialsbyreactiveprecipitationandforseparationinprocessindustry．ThefundamentalstudiesconcerningthephenomenaoffluidflowandmassnansferwithinRPB，whichcanconducetomoredetailedunderstandingforflowcharacteristicsofthegasphaseandthediscreteliquidparticlephaseinadditiontothemasstransferprocessi

6、nthepackingregion，canprovidetheoreticsupportfortheapplicationofRPB·Inthispaper,aCFDmodelingmethodologyisestablishedtosimulatethegasflowanddispersedliquidflowaswellasthemasstransfe‘P‘o。e88inRPB．BasedontheanalysisofthestudiesonthefluidsflowandmasstransferinRPBalongwiththeexperimentalresultsofv

7、isualstudyonthenowpattemoftheliquidphase，aphysicalmodelingoftwo。phasefluidflowisobtained．Withappropriatesimplificationsonthegeometricalj匕京化工大掌硕士掌位论文strucnlreofthenetpackingandtheeffectofpackingonthebreakupofthedropletsaswellasthevariationonthediame