气升式环流反应器数值模拟研究进展

介绍了计算流体力学在气升式环流反应器(二相、三相)中的应用,汇总并介绍了气升式环流反应器的气含率和循环液速的二维与三维数值模拟结果,提出今后进一步的研究方向。     

气升式环流反应器数值模拟研究进展

气升式环流反应器是一种结构简单,传质、传热效率高的多相反应器,反应器性能受物性参数和结构参数的影响,由于两相和三相流的复杂性,使得其在工业化设计放大和应用过程中存在困难。论述了气升式环流反应器内相间作用力类别和计算模型,对应用于气升式环流反应器模拟计算的简化模型、两相流模型和k-ε湍流模型进行总结,在分析现阶段气液两相流理论的基础上,明确反应器内不同流动形态下相间作用力、气泡的分散机理、气泡对湍流的影响、流动模拟模型的选取标准,能有效提高气升式环流反应器模拟的准确性及模型的普适性,为反应器的设计放大及传质模拟计算提供更加可靠的理论依据。     

新型气升式环流反应器流场数值模拟

利用CFD软件ANSYS 14.0及欧拉-欧拉多相流模型,模拟了一种采用微孔曝气器的新型气升式环流反应器的气液两相流动,得到反应器内气含率和循环液速等参数的详细分布。模拟结果表明：新型气升式环流反应器的平均气含率与气量成正比关系;气量为2.5 m3/h时具有更高的循环液速。     

气液固三相环流反应器的研究进展

综述了气液固三相环流反应器的类型及工作原理、气液固三相环流反应器的特性参数(气含率、固含率、循环液速、液相体积传质系数、轴向分散系数)的测量方法和影响因素,介绍了特性参数的数学模型。并对现有模型进行了评述。对今后的研究提出一些建议。     

气升式内环流反应器流场及传质特性数值模拟

采用双流体模型和气液二相流体动力学理论建立了气升式环流反应器流体流动的数学模型,在此模型的基础上利用溶质渗透理论和各向同性湍流理论建立了局部液相体积传质系数数学模型。采用计算流体软件F luent对气升式环流反应器内气液二相流动状况进行模拟,模拟结果较好地解释了气升式环流反应器内的流动行为及传质特性。模拟计算值与文献实验值的吻合说明了模型的可行性。     

三相气升式内环流反应器的液相混合特性

在6L气升式内环流反应器中,以自行研制的颗粒状固定化酶载体为固相,研究了通气量、颗粒体积和固含量对液体混合时间和循环时间的影响.实验发现,液体的混合时间和循环时间随通气量的增加而降低,颗粒粒度和固含量对循环时间影响较小,对混合时间影响较大.高通气量时,固含量几乎不影响循环时间.     

气升式环流反应器流动特性的数值模拟

应用Fluent计算流体力学软件,通过数值模拟的方法考察了气升式环流反应器内导流简直径、导流筒高度、导流筒安装高度以及液相进口速度对反应器内两相流动的影响。计算结果表明：导流简直径增大。液相循环量和上升段气含率均增大;导流筒高度增大,液相循环速度和循环量均增大,但是当导流筒的高径比增加到6．3后,液相循环速度和循环量反而减小;导流筒安装高度增加．液相循环速度及循环量均增大,升液管气含率降低;增加液相的进口速度,虽然上升段的液速有所增加,但是降液管循环液速及循环量基本不受影响。最后计算了反应器内液相速度随进口气速的变化情况,并与实际测量值进行了比较,模拟值和测氨值都表明随着进口气速的增加,液相循环速度随着进口气速的增加而增加．两者呈现良好的一致性。     

高长径比气液固三相内环流反应器的流体动力学

在高径比为22的三相内环流反应器中,常温常压下,根据动量平衡原理建立了空气-水-石英砂三相物系的循环液速模型,并建立了上升区气含率、上升区固含率和底部换向区阻力系数模型;考察了在不同颗粒粒径下,表观气速对上升区固含率和液体循环速度的影响。结果表明:当粒径(ds)≤0.3mm时,上升区固含率随表观气速的增加变化呈平缓趋势,当0.3mmds≤1.2mm时,上升区固含率随表观气速的增加而呈先下降后增加的趋势;不同粒径下上升区循环液速均随表观气速的增加而增加;气含率、固含率和循环液速的计算值和实验值吻合较好,其平均相对误差分别为6.32%、4.56%和11.97%。     

气升式三相内环流反应器中相含率的研究

在一个6．36L的气升式内环流反应器中,以空气-NaCl水溶液-K树脂为实验体系,在导流筒内的表观气速为1．21～7．28cm·s^-1时,考察了平均气含率、平均固含率随表观气速的变化规律,研究了转向面积比、NaCl水溶液浓度与平均气含率之间的关系。在均匀鼓泡流区域用模型方程Eg=aUgb来关联平均气含率,其中模型参数6=0．766,a与转向面积比、NaCl水溶液浓度关系为a=3．45×10^-5＋0．0146（Sb／Sr）0．0185＋1．35W。     

气升式环流反应器

本文系统研究了气液环流内循环反应器的气含率εg、液体循环次数、液体循环倍率、体积传质系数k_L a、比相界面积a、液相传质系数k_L和液体停留时间分布等问题,并用多釜串联模型参数N描述了该反应器在不同条件下液体的流动状况。     

气升式环流反应器的实验及数值模拟研究进展

介绍了气升式环流反应器的概况,综述了气升式环流反应器实验及流体数值模拟研究的进展,包括实验方法的不断改进及模型的选取,并提出了今后研究工作的主攻方向.     

气-液-固三相流数值模拟研究进展

气-液-固三相反应器广泛的应用于工业生产的诸多领域,因此对该系统中气-液-固三相流动行为的研究具有重要的意义。随着计算机技术的高速发展而兴起的数值模拟计算日益成为研究此类问题的重要途径。本文系统的对近几十年来数值模拟在该领域的发展进行了综述。首先依据模拟尺度的不同,阐述了当前的主要模拟手段:欧拉法、拉格朗日法和直接数值模拟法。接着分别对这三类方法展开了详细的介绍,指出欧拉法与拉格朗日法都能开展工业级计算,但精度依赖于本构方程;直接数值模拟法能够捕捉局部界面变化细节,但需要十分精细的网格。最后本文对该领域的研究前景进行了展望。     

环隙气升式气固环流反应器内颗粒速度特性

针对中心气升式气固环流反应器在工业化中暴露出来的问题,提出了一种新型的环隙气升式气固环流反应器,并建立了一套大型的冷态实验装置（装置总高4．56m,环流反应器筒体外径300mm）来考察环隙气升式气固环流反应器内颗粒速度特性。操作条件为环隙区表观气速0.10-0.54m／s,导流筒区表观气速0.059-0.200m／s。分别测量了环流反应器环流段内颗粒的密度和速度,基于实验数据对催化剂颗粒的运动速度和环流推动力进行系统分析。结果表明,环隙区颗粒分布形式为“中心稀两边浓”;环隙气升式气固环流反应器内,颗粒环流速度随着环隙区表观气速的增大而增大,而环流速度梯度逐步减小。随着导流筒高径比H／D的增大,环隙气升式气固环流反应器的环流推动力增大而颗粒环流速度减小。     

低高径比气升式环流反应器数值模拟分析

气升式反应器因其结构简单，有良好的混合传热性能，便于操作等优点已广泛用于化工、生物化工等行业。利用商用计算流体力学软件Fluent，利用Euler—Euler双流体模型，重点针对好氧反应的特点，对一种具有低高径比（H/D=1．67）的环流气升式反应器内的气液两相流动及混合性能进行研究，描述出反应器内气含率和环流液速等参数的详细分布，分析模拟结果，气液速度分布和气含率分布等与实际情况基本吻合，从而证实了计算结果的有效性，为工业实际应用提供一定参考。     

低高径比气升式环流反应器数值模拟分析

利用商用计算流体力学软件Fluent,利用Euler-Euler双流体模型,重点针对好氧反应的特点,对一种具有低高径比(H/D=1.67)的环流气升式反应器内的气液两相流动及混合性能进行研究,描述出反应器内气含率和环流液速等参数的详细分布,分析模拟结果,气液速度分布和气含率分布等与实际情况基本吻合,从而证实了计算结果的有效性,为工业实际应用提供一定参考。     

环流反应器内气、液、固三相流动特性的研究

本文对环流反应器中气、液、固三相系统的流动特性进行了研究。通过实验给出了环流反应器内套筒气含率随高度的分布,并将实测气含率与按动量平衡所得到的理论计算式进行比较,其平均相对偏差为7.1%,最大相对偏差为13.9%通过实验还测定了单相、气—液二相及气—液—固三相存在时的停留时间分布,并用扩散模型和多釜串联模型对循环进行拟合,结果是满意的。对我们的反应器,在实验范围内扩散模型的 Bo=37～69;多级串联釜模型的釜数 N=20～30。用全混模型对整个反应器的流动进行拟合,与实验值比较,误差约10%左右。同时,还分别测定了环流反应器顶部(Ⅰ区),环隙(Ⅱ区)、底部(Ⅲ区)及内套筒上部(Ⅳ区)四个区域的液相返混情况,各区域的返混程度是:Ⅲ、Ⅳ>Ⅰ>Ⅱ。     

78.5升气升式环流反应器内构件优化

研究了78.5L气升式环流反应器内部结构对流动性能的影响规律, 并给出最佳区间来为工业装置提供理论指导。利用Fluent软件建立数学模型与实验装置作对比, 模拟了不同气液分离区高度与外筒高度比、导流筒长度与外筒长度比和筒内外直径比对流动行为的影响规律。结果表明:数学模型和实验结果误差较小, 可以用来预测气升式环流反应器流动行为。气液分离区高度与外筒高度比值过大会导致环流阻力增大, 从而不利于流动, 比值为0.34~0.36时流动性能最佳;导流筒长度与外筒长度的比值增大可增加气含率和环流液速, 但是比值过大会引起气泡的聚合, 从而影响流动性能, 当比值为0.60~0.62时流动性能最佳;在一定范围内增加内外筒直径比会改善流动效果, 但环隙面积过小会增加环形阻力, 内外筒直径比为0.73~0.77时流动效果比较理想。     

气升式振荡环流反应器的数值模拟和结构优化

气升式振荡环流反应器（ARLR）作为一种新型的气升式环流反应器,能够有效地提高反应器的气含率和传质系数,并已得到生物发酵实验的验证。本文通过CFD的手段研究了反应器内的流动和传质状况,并利用CFD模拟和响应面分析相结合的方法,优化了反应器的结构参数,如高径比（H/D）、升液区降液区面积之比、导流筒高度等。经过实验测量,优化后的气升式振荡环流反应器与传统的气升式环流反应器相比,气含率提高了32%以上,传质系数提高了11%以上。结果表明,气升式振荡环流反应器作为生化反应器有着非常广阔的应用空间。     

多室气升式环流反应器流动特性的数值模拟

在空气-水两相多室气升式环流反应器（MALR）中,采用欧拉欧拉两相流模型对扇形反应室内气液两相流动过程进行了数值模拟研究,考察了上升室的气含率、液体速度随表观气速的变化,最后用实验数据对模拟结果进行了验证.结果表明,某一上升室气含率受该室表观气速的影响较大,与另一上升室表观气速的影响较小;循环液体与上升室流体流动型式有关;气含率和循环液速的模拟值与实验值的平均相对误差分别为5.36％和8.28％;说明了应用数值模拟方法研究MALR流动特性的可行性.     

强制浆液外循环三相气升式内环流反应器的气含率特性

在有机玻璃制成的组合反应器(φ0.284×3.0 m)内,采用空气、水和玻璃微珠(密度为2420 kg/m3和平均粒径为5.92×10-4 m)的气液固三相体系考察了不同表观气速下环流反应器内不同流动区域的径向局部气含率和内、外环轴向平均气含率分布特性.局部气含率采用电导探针法测定,轴向平均气含率由局部气含率的截面积分得出.结果表明气含率均随表观气速的增大而增大;外环循环流入内环的气泡量少;在相同条件下外环的气含率远远低于内环的气含率.浆液外循环的引入和新型气体分布器的采用可以增大导流筒内气体与浆液两相的接触面积和湍动强度,从而使传递过程得到了强化.