探究搅拌器结构对搅拌槽内气液分散特性影响的数值模拟

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1、北京化工大学硕士学位论文搅拌器结构对搅拌槽内气液分散特性影响的数值模拟姓名：张雪雯申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：高正明20100531摘要搅拌器结构对搅拌槽内气液分散特性影响的数值模拟气液搅拌槽在工业生产中应用十分广泛。对此类反应器的流体力学行为进行深入研究，可以为优化现有反应器的操作和开发设计更高效的新型反应器提供指导。本文采用计算流体力学商业软件分别模拟计算了安装单层CD．6桨，双层CD．6桨以及多层桨(HEDT+2WHu)的气液搅拌槽内的流体流动，局部气含率以及气泡尺寸分布。考察了不同通气量和操作转速下气液搅拌槽内流体流动，局部气含率和

2、气泡尺寸的分布规律。数值模拟中选用欧拉．欧拉模型处理气液体系，标准k一占湍流模型处理液相主流域的湍动。搅拌槽内旋转和静止区域的处理采用多重参考系法(MRF)。气泡处理方法分别为单一气泡尺寸，不考虑聚并和破碎以及利用多尺度模型(MUSIG)将气泡分为不同尺度分布的五组，采用简化的群体平衡模型(PBM．MUSIG)来考虑搅拌槽内气泡的聚并和破碎。模拟结果与实验数据较为吻合，较好的模拟出了局部气含率的峰值情况。局部气含率模拟平均误差为13．58％，但自由液面处误差较大。搅拌槽内气泡尺寸随转速增加而减小，随气量增加而增大，桨叶排出流区域内气泡尺寸较小，近壁区和循

3、环区内气泡尺寸较大。结果表明，CFD．PBM模型对于气液两相的模拟是可行的。本文的研究结果对气液搅拌反应器的设计和优化具有一定的参考意义。北京化-T大学硕士学位论文关键词：气液搅拌槽，数值模拟，气泡尺寸，PBM．MUSIG，单一气泡假设ABSTRACTNUMERICALSIMULATIoNoFTHEINFLUENCEoFAGITATORSTRUCTURE0NTHEGAS-LIQUIDDISPERSIoNINASTIl之REDTANKGas—liquidstirredtankhavebeenwidelyusedinindustrialproduction．

4、Studyonthehydrodynamicbehaviorinsuchreactorscanprovideguidanceinoptimizingtheexistingreactorsofdevelopinganddesigninganovelreactorwithhighperformance．Thethree—dimensionalflowfield，localvoidfractiondistributionandaveragebubblediameterwerenumericallysimulatedinagas-liquidbaffledsti

5、rredtankusingthecommercialCFDcodebyasingleCD一6impeller,adualCD-6impellerandmulti-impeller(HEDT+2WHu)．Theeffectsofgasflowrateandrotatingspeedonthefluidfield，localvoidfractiondistributionandbubblesizedistributionwereinvestigated．ThestandardEuler-Eulerformulationofthek-eturbulencemo

6、delwithmultipleframesofreference(MFR)wasusedinthissimulation．ThewayofFLUENTcodedealswiththebubblewasaconstantsingleaveragebubblediameter(SABD)notconsideringbubblesbreakageandcoalescence．ThebubbleCoalescenceandbreakupweretakenintoaccountinIii北京化工大学硕上学位论文thepopulationbalancemodel(P

7、BM)combinedwithamultiplesizegroup(MUSIG)modeldefiningfivegroupbubbleswithcommercialsoftwareCFX．Reasonableagreementisfoundbetweenthesimulationandexperiment．Theaverageerroroflocalvoidfractionis13．58％．Theerrorintheupperpartofthevesselneartheliquid-freesurfaceislarger．Bubblesizedecre

8、asesastherotatingspeedincreases，andincre