试析外环流反应器中气体分布及气液两相的计算流体力学研究

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1、天津大学硕士学位论文外环流反应器中气体分布及气液两相的计算流体力学研究姓名：赵飞申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：辛峰20030101中文摘要本文利用商用计算流体力学软件Fluent，对气提式外环流反应器内的气液两相流进行模拟计算，利用Euler-Euler双流体模型，考察了气体分布器不同的开口方向以及不同的表观气速对反应器内气液运动的影响，最后得到反应器内流体运动的详细运动参数，并与实验结果进行了对照。计算所模拟的实验装置为中试规模的气提式外环流反应器，以空气、水作为流动介质，气体分布器的开口

2、方向分上下两种。在计算中，将气、液两相均作为连续相，对气液两相分别利用Euler模型进行计算。最后得到反应器内不同边界条件下的压力分布，相体积分率分布，速度分布及反映流体脉动的湍流参数。计算结果显示气体分布器的开口方向对反应器内气液运动将产生重要的影响，主要表现在：1．开口向下时，反应器内的静压差要大于开口向上时的静压差：2．开口向下时，反应器内气液两相的总体速度要比开口向上时的小；3．开口向下时，气体分布器附近气、液相的湍流动能与湍流动能的耗散速率均明显大于开口向下的情况。表观气速对气、液两相运动所产

3、生的影响，通过计算表明；1．反应器内的静压差随表观气速的增大而加大：’2．随着表观气速的提高，气、液相的总体运动速度明显提高；3．表观气速的增大导致气、液相的脉动增强，从而湍流动能及其耗散速率都明显的增加。从气体分布器附近气、液两相的体积分率的分布、速度分布与实验中所拍摄照片进行对比，可以看出计算结果与实验结果相吻合：同时气液分离器的局部气、液两相的运动也与实验吻合，从而证实了计算结果的有效性。关键词：计算流体力学k-￡方程气提式外环流反应器气体分布器AbstractInthispaper,thecom

4、putationalfluiddynamicscodeisusedtosimulatethefluidbehaviorsofgasandliquidinanairliftedexternalloopreactorwiththeEuler-Eulermultiphasemodel，theeffectofdifferentorificedirectioningasdistributorsanddifferentsuperficialgasvelocitiesonthegas—liquidflowisrese

5、arched．Finally,thedetailedflowparametersoffluidaleobtainedandcomparedwiththeexperimentalresult．Theexperimentalsetup，allairliftedextemalloopreactoradoptedbythesimulation，isapproachedtopilotplantscale．Thefluidsaregasandwater．Thegasdistributorhastwoorificed

6、irections：upwardanddownward．Inthecomputation，thetwophasesaretreatedmathematicallyasinterpenetratingcontinua．Sincethevolumeofaphasecannotbeoccupiedbytheotherphases，theconceptofphasevolumefractionisintroduced．Thesevolumefractionsareassumedtobecontinuousfun

7、ctionsofspaceandtimeandtheirslimisequaltoone．Conservationequationsforeachphasearederivedtoobtainasetofequations，whichhavesimilarstructureforallphases．EachphasewassolvedwiththeEularmodel．Thevolumefractionofairandwater,velocitycontourofairandwater,turbulen

8、tparametersandstaticpressureatdifferentboundaryconditionsareobtained．．Thecomputationalresultsshowthattheeffectsoforificedirectioningasdistributorontheflowbehaviorsofgasandwaterale淞follows：1．Inthedownwardorificedirection，th