本文關(guān)鍵詞：基于EMMS方法的鼓泡塔反應(yīng)器CFD及群平衡模擬

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【摘要】：鼓泡塔反應(yīng)器因其結(jié)構(gòu)簡單,產(chǎn)能大,易操作,良好的傳質(zhì)傳熱特性,而被廣泛的應(yīng)用于傳統(tǒng)化工、石油化工和生物化工等過程,例如氧化過程、費(fèi)-托合成、生物發(fā)酵、廢水處理等。不同工藝條件下鼓泡塔內(nèi)部流型變化、氣液兩相相互作用是典型的多尺度問題。鼓泡塔中多尺度現(xiàn)象的深入研究對工業(yè)生產(chǎn)中反應(yīng)器的逐級放大、結(jié)構(gòu)設(shè)計、操作優(yōu)化都有重要的意義。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和計算流體力學(xué)(Computational Fluid Dynamic,CFD)模型的成熟,使用數(shù)值模擬方法研究鼓泡塔內(nèi)部氣液流動狀態(tài)成為化工流體力學(xué)的重要研究手段。氣泡粒徑作為兩相流(Two Fluid Model,TFM)模型的輸入?yún)?shù)對模擬結(jié)果的準(zhǔn)確度有著重要意義。鑒于此,本文的主要目標(biāo)是研究氣泡尺徑因素對高氣速工況條件下鼓泡塔內(nèi)氣液CFD模擬結(jié)果的影響,以及基于能量最小多尺度(Energy Minimization Multi-Scale,EMMS)方法的群平衡(Population Balance Model,PBM)模型模擬氣泡尺徑分布中的應(yīng)用。主要內(nèi)容如下:第1章綜述了鼓泡塔反應(yīng)器理論研究與實(shí)驗成果,以及近年來計算流體動力學(xué)模擬的發(fā)展和群平衡理論在鼓泡塔反應(yīng)器中的應(yīng)用,最后介紹了能量最小多尺度(EMMS)模型和EMMS-PBM耦合方法。第2章簡要介紹計算流體力學(xué)耦合群平衡模型的基本設(shè)置,采取了Gambit軟件進(jìn)行網(wǎng)格劃分,選取了針對本文體系的相間作用力模型和湍流模型等參數(shù)對鼓泡塔反應(yīng)器進(jìn)行建模。第3章中研究了基于EMMS模型修正的PBM模型對模擬結(jié)果的影響,將其與未修正的PBM模型以及均一氣泡尺徑模型進(jìn)行對比。研究發(fā)現(xiàn)考慮了介尺度能量耗散的PBM模型對氣泡尺徑分布的模擬結(jié)果有很大的改善作用,氣泡尺徑的不同描述方法對氣液兩相流的模擬起到了明顯的影響。第4章、第5章的研究進(jìn)一步補(bǔ)充了氣泡尺徑對鼓泡塔研究的影響提供了相應(yīng)的補(bǔ)充,討論了采用均一氣泡法初始?xì)馀莩邚皆O(shè)置以及曳力模型對氣含率和軸向液速的影響。討論了 PBM模型對高氣速下氣泡尺徑鼓泡塔軸向和徑向位置非均勻分布,對比了不同群平衡聚并核函數(shù)修正因子對氣泡尺徑、氣含率,軸向液速等結(jié)果的影響。最后,第6章進(jìn)行了總結(jié)與展望。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院過程工程研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TQ052.5

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1256710