气液搅拌槽内气泡尺寸与局部气含率的cfd模拟

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1、第４４卷第１２期浙江大学学报（工学版）Ｖｏｌ．４４Ｎｏ．１２２０１０年１２月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ）Ｄｅｃ．２０１０ＤＯＩ：１０．３７８５／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８－９７３Ｘ．２０１０．１２．０２７气液搅拌槽内气泡尺寸与局部气含率的ＣＦＤ模拟李良超，王嘉骏，顾雪萍，冯连芳，李伯耿（浙江大学化学工程联合国家重点实验室，浙江杭州３１００２７）摘要：采用在欧拉－欧拉双流体模型的基础上耦合气泡数密度（ＢＮＤ）函数模型，引入气泡破碎和聚并函数，对双层组合桨气液搅拌槽内的气泡尺寸和局部气含

2、率进行了计算流体力学（ＣＦＤ）模拟，同时采用双电导电极探针法对搅拌槽内局部气液分散特性进行了实验测量，并和ＣＦＤ模拟结果进行了对比．结果表明：较高通气量条件下搅拌槽内气泡尺寸和局部气含率分布很不均匀，气泡尺寸在叶轮排出流区较小，且沿着排出流方向逐渐增大；在两桨间区域和上层桨以上区域气泡以聚并为主；局部气含率在循环涡涡心、叶轮和挡板后部较高，叶片后部存在明显气穴．关键词：气液搅拌槽；气泡尺寸分布；局部气含率；气液比相界面积；计算流体力学；数值模拟中图分类号：ＴＱ０２７．３２文献标志码：Ａ文章编号：１００８－９７３Ｘ（２０１０）１２－２３９６－０５

3、ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｆｌｕｉｄｄｙｎａｍｉｃｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｂｕｂｂｌｅｓｉｚｅａｎｄｌｏｃａｌｇａｓｈｏｌｄｕｐｉｎｓｔｉｒｒｅｄｖｅｓｓｅｌＬＩＬｉａｎｇ－ｃｈａｏ，ＷＡＮＧＪｉａ－ｊｕｎ，ＧＵＸｕｅ－ｐｉｎｇ，ＦＥＮＧＬｉａｎ－ｆａｎｇ，ＬＩＢｏ－ｇｅｎｇ（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２７，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｂｕｂｂｌｅｓｉｚｅａｎｄｌｏｃａｌｇａｓｈｏｌｄｕｐｉｎａｓｔｉｒｒｅｄｖｅｓｓｅｌ

4、ｗｉｔｈｄｕａｌｉｍｐｅｌｌｅｒｓｗｅｒｅｓｉｍｕｌａｔｅｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｌｙｗｉｔｈｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｆｌｕｉｄｄｙｎａｍｉｃｓ，ｉｎｗｈｉｃｈｔｈｅＥｕｌｅｒ－Ｅｕｌｅｒｍｕｌｔｉｐｈａｓｅｆｌｏｗｍｏｄｅｌ，ｍｕｌｔｉ－ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｒａｍｅｍｅｔｈｏｄａｎｄａｔｒａｎｓｐｏｒｔｅｑｕａｔｉｏｎｆｏｒｂｕｂｂｌｅｎｕｍｂｅｒｄｅｎｓｉｔｙ（ＢＮＤ）ｆｕｎｃｔｉｏｎｗｅｒｅｃｏｍｂｉｎｅｄ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｂｕｂｂｌｅｃｏａｌｅｓｃｅｎｃｅａｎｄｂｒｅａｋａｇｅｗｅｒｅｉｎｖｏｌｖｅｄｉｎｔｈｅｂｕｂｂｌｅｎｕｍｂ

5、ｅｒｄｅｎｓｉｔｙｆｕｎｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｒｅｓｕｌｔｓｗｅｒｅｉｎｇｏｏｄａｇｒｅｅｍｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｖａｌｕｅｓｍｅａｓｕｒｅｄｗｉｔｈｄｏｕｂｌｅ－ｔｉｐｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｐｒｏｂｅｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｂｕｂｂｌｅｓｉｚｅａｎｄｌｏｃａｌｇａｓｈｏｌｄｕｐｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎｔｈｅｓｔｉｒｒｅｄｖｅｓｓｅｌａｒｅｖｅｒｙｎｏｎ－ｕｎｉｆｏｒｍｕｎｄｅｒｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｈｉｇｈｓｕｐｅｒｆｉｃｉａｌｇａｓｖｅｌｏｃｉｔｙ．Ｔｈｅｂｕｂｂｌｅｓｉｚｅｓｉ

6、ｎｔｈｅｉｍｐｅｌｌｅｒｄｉｓｃｈａｒｇｅｒｅｇｉｏｎｉｓｑｕｉｔｅｓｍａｌｌａｎｄｉｎｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｔｈｅｄｉｓｃｈａｒｇｅｃｕｒｒｅｎｔｓｏｆｔｈｅｉｍｐｅｌｌｅｒ．Ｂｕｂｂｌｅｓｃｏａｌｅｓｃｅｎｃｅｓｐｌａｙａｄｏｍｉｎａｎｔｒｏｌｅｉｎｔｈｅｉｎｔｅｒ－ｉｍｐｅｌｌｅｒｒｅｇｉｏｎａｎｄｔｈｅｒｅｇｉｏｎａｂｏｖｅｕｐｐｅｒｉｍｐｅｌｌｅｒ．Ｌｏｃａｌｇａｓｈｏｌｄｕｐｉｓｍｕｃｈｈｉｇｈｊｕｓｔｂｅｈｉｎｄｔｈｅｂａｆｆｌｅｓａｎｄｔｈｅｂｌａｄｅｓｗｈｅｒｅｃａｖｉｔａｔｉｏｎｆｏｒｍｓａｎｄｉｎｔｈｅｃｅｎｔｒｅｏｆｃｉ

7、ｒｃｕｌａｔｉｏｎｌｏｏｐ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇａｓ－ｌｉｑｕｉｄｓｔｉｒｒｅｄｖｅｓｓｅｌ；ｂｕｂｂｌｅｓｉｚｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ；ｌｏｃａｌｇａｓｈｏｌｄｕｐ；ｇａｓ－ｌｉｑｕｉｄｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌａｒｅａｐｅｒｖｏｌｕｍｅ；ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｆｌｕｉｄｄｙｎａｍｉｃｓ（ＣＦＤ）；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ［１－５］气泡尺寸与局部气含率是气液搅拌槽内两个重和局部气含率进行了实验研究，但由于实验装置要微观特征参数，它反映了气体的局部分散和传质和操作条件的不同，研究的结果存在很大的差异，由特性，在气液搅拌反应器的设

8、计、放大和改造中有着实验得到的关联式也只在一定的搅拌槽结构或操作重要的指导作用．许多研究者对搅拌槽内气泡尺寸条件下适用．收稿日期：２００９－０７－１５