本文關(guān)鍵詞：多層槳攪拌槽內(nèi)的氣液傳質(zhì)模擬研究

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【摘要】：氣液攪拌反應(yīng)器廣泛的應(yīng)用于化工中的各個領(lǐng)域,而氣液傳質(zhì)是許多工藝過程中的關(guān)鍵控制因素,密切關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量。而近年來,隨著氣液攪拌反應(yīng)器逐漸向大型化發(fā)展,其配備的攪拌槳越來越多的使用多層槳的結(jié)構(gòu),因為多層槳的使用有利于攪拌器輸入的能量在反應(yīng)器內(nèi)部按需分配,并且可以按照具體要求而使用不同功能的組合形式,來實現(xiàn)有利于實際過程的流體循環(huán)。隨著計算機技術(shù)與計算流體力學(xué)(CFD, Computational Fluid Dynamics)的發(fā)展,利用計算機對反應(yīng)器內(nèi)氣液相互作用進行模擬計算正成為氣液攪拌反應(yīng)器科學(xué)合理放大的一種高效手段,可以脫離實際實驗而對實際工業(yè)過程進行估測。本文采用CFD數(shù)值模擬的手段,使用CFX軟件對于配有三層組合攪拌槳(底槳為HEDT,上兩層槳為WHU)的氣液攪拌反應(yīng)器進行模擬。模擬中分別以水與空氣作為液相和氣相,重點考察了不同的模擬計算方案與不同的傳質(zhì)模型相結(jié)合的情況,研究了單位質(zhì)量功、總體氣含率與容積傳質(zhì)系數(shù)之間的關(guān)系,并與實驗值進行對比,探索影響反應(yīng)器內(nèi)傳質(zhì)性能的因素,并以此歸納出最優(yōu)的模擬計算方法并對這些方法做出比較與評價。對于單位質(zhì)量功,不同的模擬方案與實驗值對比的平均誤差在2.5%左右；而對于總體氣含率的計算結(jié)果有一定的偏差,平均誤差在14%左右,容積傳質(zhì)系數(shù)的平均誤差則在12%左右。模擬計算的相對誤差在可接受的范圍之內(nèi),可以為工業(yè)放大提供一定的參考。在氣液攪拌反應(yīng)器中,輸入功率較大、氣液相互作用強烈的區(qū)域,對于氣液相界面積及傳質(zhì)系數(shù)都有著增強的作用,因而具有較大的容積傳質(zhì)系數(shù)。研究中采用了四種模擬計算方案與四種傳質(zhì)模型相互結(jié)合來進行研究,從中歸納出了四種最優(yōu)的組合計算方法。四種方法各有優(yōu)劣,具有不同的適用方位：采用低精度的標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型與小渦模型的計算方法有著不錯的準(zhǔn)確度且計算簡單,但在局部量的分布預(yù)測時存在一定的問題；采用高精度的標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型與速度滑移模型的計算方法對于容積傳質(zhì)系數(shù)的計算準(zhǔn)確度最高但是計算其它的參數(shù)時偏差較大；采用RNG κ-ε模型與速度滑移模型的計算方法綜合考慮其計算精度最高,但是其計算精度并沒有比其它的組合計算方法有著階躍性的提升且計算復(fù)雜,所以綜合考慮計算精度與計算機時,此方法可能不是最優(yōu)的選擇；采用k-εEARSM模型與小渦模型的計算方法適用于高表觀氣速的條件但是實用性不夠廣泛。
【關(guān)鍵詞】：氣液攪拌 多層槳 數(shù)值模擬 容積傳質(zhì)系數(shù) 數(shù)值計算模型
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ021
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 文獻(xiàn)綜述14-28
• 1.1 氣液攪拌反應(yīng)器介紹14
• 1.2 氣液攪拌反應(yīng)器中的傳質(zhì)研究14-16
• 1.2.1 多相體系中傳質(zhì)的測定方法15
• 1.2.2 氣液攪拌反應(yīng)器中傳質(zhì)的影響因素15-16
• 1.3 攪拌反應(yīng)器內(nèi)的數(shù)值模擬16-26
• 1.3.1 CFD的介紹及發(fā)展17
• 1.3.2 數(shù)值模擬方法17-18
• 1.3.3 攪拌反應(yīng)器內(nèi)氣液兩相的數(shù)值模擬18-23
• 1.3.4 攪拌反應(yīng)器中傳質(zhì)模型與數(shù)值模擬23-26
• 1.4 小結(jié)26-28
• 第二章 數(shù)值模擬和實驗方法28-34
• 2.1 數(shù)值模擬方法28-32
• 2.1.1 建模及網(wǎng)格繪制28-30
• 2.1.2 模擬方法30-32
• 2.2 實驗體系及實驗方法32-34
• 第三章 氣液攪拌反應(yīng)器中的宏觀流體力學(xué)性能34-48
• 3.1 單位質(zhì)量功34-36
• 3.2 宏觀流場36-37
• 3.3 氣含率37-46
• 3.3.1 總體氣含率37-40
• 3.3.2 局部氣含率40-46
• 3.4 小結(jié)46-48
• 第四章 氣液攪拌反應(yīng)器中的傳質(zhì)性能48-66
• 4.1 氣液相界面積及相關(guān)參數(shù)48-50
• 4.1.1 氣泡尺寸分布48-49
• 4.1.2 氣液相界面積49-50
• 4.2 傳質(zhì)系數(shù)及相關(guān)參數(shù)50-55
• 4.2.1 湍流動能耗散率50-52
• 4.2.2 氣泡滑移速度52-53
• 4.2.3 傳質(zhì)系數(shù)53-55
• 4.3 容積傳質(zhì)系數(shù)55-64
• 4.3.1 k_Lα的局部分布及總體k_Lα與實驗值對比55-62
• 4.3.2 k_Lα的計算方法優(yōu)選62-64
• 4.4 最優(yōu)計算方法64-66
• 第五章 主要結(jié)論及展望66-68
• 5.1 主要結(jié)論66-67
• 5.2 展望67-68
• 參考文獻(xiàn)68-72
• 致謝72-74
• 導(dǎo)師及作者簡介74-75
• 北京化工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文答辯委員會決議書75-76

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