内循环气升式反应器内流体力学行为与传质性能的研究

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1、天津大学博士学位论文内循环气升式反应器内流体力学行为与传质性能的研究姓名：张文晖申请学位级别：博士专业：化学工程指导教师：李鑫钢20090101中文摘要内循环气升式反应器具有能耗低、混合性能和液体循环性能良好等优点，广泛用于有机酸生产、发酵、废水处理等领域。由于多相系统中流体力学与传质行为的复杂性，很多问题仍尚未得到很好的解决，因此无论是从基础研究还是实际应用角度对该反应器进行深入研究是十分迫切的。本论文研究了反应器内压力波动信号与流型转变的关系。为了揭示两者内在联系，本文首先探讨了反应器内压力波动的来源，并采用小波分

2、析与相关性分析，得到两种压力波动信号：全局压力波动信号和局部压力波动信号。发现流型与局部压力波动存在着一定联系，并成功地把局部压力波动信号的能量比、混沌特征参数和Hurst指数用于流型的识别。考察了相分离器、液体粘度、表面张力和固含率对平均气含率的影响，发现减小相分离器区域面积、增大表面张力、粘度和固含率都将不同程度地降低气升、降流区的平均气含率。同时考察了气速、液体循环速度、液体粘度、表面张力、固含率和轴向位置对局部气含率径向分布的影响，发现靠近气体分布器区域与其它测量区域的径向分布随气速变化规律正好相反；对于远离气

3、体分布器区域，增大表观气速、液体循环速度、表面张力使径向分布更陡峭；改变液体粘度对局部气含率径向分布影响复杂。基于局部等熵湍流理论与气泡线性振荡理论建立了新的气泡破裂模型，修正了气泡聚并模型，结合粒数衡算模型(PopulationBalanceModel)离散化方法，成功地预测了气泡尺寸分布。考察了相分离器、表面张力、液体粘度对液体循环速度的影响。基于多相流理论建立了一维两相流模型，该模型能较好地预测液体循环速度。模型值与实验值都表明，表面张力、相分离器、液体粘度主要通过对升、降流区内气含率的影响来影响内循环气升式反应

4、器内的液体循环速度。考察了相分离器、表面张力、粘度和固含率对传质行为的影响。改变相分离器结构主要是改变气液接触面积；降低表面张力或粘度，都将同时增大气液接触面积和气液传质系数；改变固含率，对气液传质行为影响复杂。基于表面更新理论和局部等熵湍流理论建立了气液传质系数模型，并通过实验证了该模型。关键词：气升式反应器流体力学传质流型识别气泡尺寸分布液体循环ABSTRACTTheinner-loopairliftreactorhasbeenusedforproductionoforganicacid，fermentationa

5、ndwastewatertreatment，etc，duetolessenergycost，excellentmixingandliquidcirculation．Sincethecomplexityofhydrodynamicsandmasstransferinmultiphasesystems，therearestillmanyremainingproblems．Itisnecessaryandimportanttostudythehydrody’namicbehaviorandmasstransferinsuch

6、reactors，fromthepointofapplicationortheoreticresearch．Therelationshipbetweenpressurefluctuationsignalsandflowregimehasbeeninvestigated．Inordertofindouttheintrinsicrelations，originofpressurefluctuationhasbeendiscussedfirstly；thisthesishasappliedwaveletanalysisand

7、coherenceanalysistoobtaintwokindsofpressurefluctuationsignals：globalpressurefluctuationsignalsandlocalpressurefluctuationsignals．Duetotherelationshipbetweenflowregimeandlocalpressurefluctuation，ithassucceededinbeingappliedtothevariedofenergyratio，chaoscharacteri

8、sticparametera．ndHurstexponenttodetectflowregime．Theeffectofphaseseparator,liquidviscidity,surfacetensionandsolidholduponaveragegasholduphasbeeninvestigated．Itisfound