鼓泡塔作為一種構(gòu)造簡單的多相反應(yīng)器,在實(shí)際使用中操作靈便,而且效率很高,因此被廣泛用于生物化工和煙氣脫硫處理等領(lǐng)域。近些年來,隨著計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)不斷地發(fā)展進(jìn)步,CFD模擬技術(shù)受到了越來越多學(xué)者的喜愛。時(shí)至今日,CFD技術(shù)已逐漸成為鼓泡塔氣液兩相流流場研究的重要手段,為鼓泡塔內(nèi)流場的研究提供了一種新的途徑。本文采用Fluent軟件首次對有內(nèi)構(gòu)件散射管橫向進(jìn)氣口式的鼓泡塔在高表觀氣速下(Ug=0.1m/s)進(jìn)行模擬,模擬的鼓泡塔塔徑D=400mm,四根散射管氣體分布器直徑d_(散射)=40mm,散射管所在圓環(huán)直徑為d=0.5D。對于本文模擬的鼓泡塔三維物理模型,分別采用單一氣泡尺寸模型和群體平衡模型(Population Balance Model,PBM)對整體氣含率模擬結(jié)果進(jìn)行了對比分析,發(fā)現(xiàn)單一氣泡尺寸模型在高表觀氣速下的整體氣含率模擬結(jié)果遠(yuǎn)大于文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)測量值,而PBM模型模擬得到的整體氣含率比較符合實(shí)驗(yàn)情況。以往的文獻(xiàn)模擬研究中發(fā)現(xiàn),液相經(jīng)常會(huì)逸出出口,因此本文采用了壓力出口邊界這一新的邊界條件。在模擬過程中大大減小了計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬計(jì)算量,節(jié)省了很多工作時(shí)間,此外得到的液相速度徑向分布模擬結(jié)果也更加符合鼓泡塔實(shí)際運(yùn)行流場。接下來對大多數(shù)研究提出的:Schiller-Naumann、Grace和Tomiyama三種曳系數(shù)力模型進(jìn)行了鼓泡塔整體氣含率和局部平均氣含率分布模擬分析討論,發(fā)現(xiàn)Tomiyama模型得到的結(jié)果最接近文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)測量值,最適用于本文的鼓泡塔模擬對象。最后,通過模擬散射管所在圓環(huán)直徑分別為d=0.375D,0.5D,0.625D,0.75D這四種散射管氣體分布器布置情況,觀察不同間距下散射管進(jìn)氣口的布置對整體和局部氣含率、液速和氣泡尺寸等的影響,發(fā)現(xiàn)散射管進(jìn)氣口的布置影響鼓泡塔反應(yīng)器性能,對鼓泡塔散射管進(jìn)氣口的布置進(jìn)行分析優(yōu)化,得出當(dāng)散射管所在圓環(huán)直徑為d=0.5D時(shí),這種情況下鼓泡塔整體氣含率和液相循環(huán)速度最大,體積平均氣泡直徑最小,這種情況下鼓泡塔流場綜合性能最好。
【學(xué)位單位】：華北電力大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ053.5
【部分圖文】：

氣泡彼此間的相互作用分布密度變化很小，沒有出現(xiàn)聚并的軸向的方向上，此區(qū)又可視為均相流體系的特性決定。較高的表觀氣速下，氣泡彼此之間聚集變大，同時(shí)隨著氣泡的變大，氣兩相流之間湍流強(qiáng)度增大，從而誘導(dǎo)氣相的運(yùn)動(dòng)可被認(rèn)為是各向異性的，，氣泡直徑處在一個(gè)很大的范圍。體表觀速度繼續(xù)增大，氣泡由湍流步增大，氣泡間進(jìn)一步相互聚集，較，直到與反應(yīng)器直徑一樣大。流動(dòng)形在塔內(nèi)向上流動(dòng)時(shí)呈柱塞形式。氣液反應(yīng)器結(jié)構(gòu)

圖 4-1 鼓泡塔幾何模型圖 4-2 散射管氣體分布器幾何模型采用非結(jié)構(gòu)化 Tgrid 網(wǎng)格，在高表觀氣速 U件進(jìn)行模擬。鼓泡塔以 Z 軸作為塔高方向，

14圖 4-2 散射管氣體分布器幾何模型采用非結(jié)構(gòu)化 Tgrid 網(wǎng)格，在高表觀氣速 進(jìn)行模擬。鼓泡塔以 Z 軸作為塔高方向， 0-0.6m 高度 Patch 空氣相含率為 0，全為為空氣，散射孔進(jìn)氣口只有空氣進(jìn)入。礎(chǔ)上，為了節(jié)省工作量，本文模擬參考 K法，具體步驟為：在初始的 400 個(gè)時(shí)間步以保證達(dá)到收斂，接下來時(shí)間步長取 0.00時(shí)間步長改為 0.005 s，再計(jì)算 600 個(gè)時(shí)間，直到模擬結(jié)束。本文采用非穩(wěn)態(tài)模擬，

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本文編號：2819165