不同固相黏度模型对鼓泡床气泡行为的数值模拟

基于双流体模型,应用Fluent软件包对带有单喷嘴的二维鼓泡床中气泡行为进行数值模拟。采用常固相黏度模型(CPV)和基于颗粒动理学的固相黏度模型(KTGF),通过计算气泡的形成、气体泄漏率、气泡直径及气泡上升速度对不同模型进行比较研究,其中编程实现了KTGF模型中的Lun等模型与Hrenya和Sinclair模型模块。通过与文献中的实验数据进行对比发现KTGF模型普遍优于CPV模型,其中Lun等模型与Hrenya和Sinclair模型的模拟值最接近实验数据。     

大涡模拟方法模拟鼓泡床内气固两相流动

采用大涡模拟（LES）方法模拟气相湍流,颗粒动理学方法考虑颗粒相碰撞产生的动量和能量传递和耗散,采用颗粒相大涡模拟方法（LESp）模拟颗粒脉动导致的能量耗散,同时考虑介观尺度对颗粒相压力的影响,建立了气体-颗粒LES-θ-LESp双流体模型,研究鼓泡流化床内气固两相流动的特性。数值模拟与文献实测颗粒速度和实测颗粒浓度结果具有相同的变化趋势。     

鼓泡床内气泡-液体两相湍流代数应力模型的数值模拟

现有的气泡 -液体两相流动的数值模拟中 ,或者不考虑湍流 ,或者仅仅考虑液体湍流 ,但是直接模拟和PIV测量结果都表明气泡由于尾迹的作用有强烈的湍流脉动 .本文首次推导和封闭了同时模拟气泡湍流脉动和液体湍流脉动的二阶矩输运方程两相湍流模型 ,并在此基础上建立了代数应力气泡 -液体两相湍流模型 .用代数应力模型模拟了二维矩形断面鼓泡床内气泡 -液体两相流动 .预报结果给出了气泡和液体两相速度场、两相Reynolds应力及湍动能分布和气泡体积分数分布 .模拟结果与PIV测量结果符合很好 ,表明了模型的合理性 .研究结果表明 ,原先静止的液体在气泡因浮力而产生的上升运动的作用下产生回流流动 ,而气泡则只有上升运动 .气泡速度始终大于液体速度 .在床内气泡湍流脉动确实始终很强烈 .液体则由于气泡的作用以及自身速度梯度产生的双重作用而发生湍流脉动 .气泡的脉动显著地大于液体的脉动 .两相湍流脉动都是各向异性的 ,而且气泡湍流脉动的各向异性比液体的更强烈     

鼓泡流化床中气泡行为的模拟

应用气体拟颗粒模型模拟了单孔、双孔分布板流化床的鼓泡现象,动态地显示了气泡生成、上升、长大以及破裂的全过程,结果与已知的实验观测基本一致.     

鼓泡塔中水合物法分离混合气体的数值模拟

To develop a new technique for separating gas mixtures via hydrate formation,a set of medium-sized experimental bubble column reactor equipment was constructed.On the basis of the structure parameters of the ex- perimental bubble column reactor,assuming that the liquid phase was in the axial dispersion regime and the gas phase was in the plug flow regime,in the presence of hydrate promoter tetrahydrofuran（THF）,the rate of hydrogen enrichment for CH4＋H2 gas mixtures at different operational conditions（such as temperature,pressure,concentra- tion of gas components,gas flow rate,liquid flow rate）were simulated.The heat product of the hydrate reaction and its axial distribution under different operational conditions were also calculated.The results would be helpful not only to setting and optimizing operation conditions and design of multi-refrigeration equipment,but also to hydrate separation technique industrialization.     

气—液两机湍流流动的双流体模型与模拟

按双流体模型的基本思想，分别将鼓泡流中的气流两相视作连续介质，用Ｅｕｌｅｒｉａｎ从标系中多流体模型统一描述两相各自的运动，提出包括气相（气泡）湍运动及其耗散率的ｋ１－ε１－ｋｂ－εｂ两相湍流模型，以鼓泡塔内两相湍流流动为例进行的数值模拟结果表明：预报结果与实测数据符合良好，在预示湍流运性质上较之已有模型有明显改进。为鼓泡流研究提供卫种新的途径。     

鼓泡塔内气液两相湍流实验研究

介绍了研究鼓泡塔气液两相流的实验装置、实验方法。液相用激光多普勒测速技术(LDV)测量,气相用粒子示踪测速技术(PIV)测量。实验表明,轴向液相速度的径向分布呈塔中心峰值、壁面附近倒流形式,且与气相表观速度大小有关,当液相表观速度一定时,随气相表观速度增大而愈加陡峭,返混也剧烈。当表观液速与表观气速之比小于19．6时,返混区总是存在,且返混区大小与高度有关：当表观液遣与表观气速之比大于19．6时,返混消失,含气率分布由塔中心峰值转向壁面峰值。径向液相速度既与气相表现速度有关又与位置高度有关,在塔底部呈现负值,这意味着向塔轴心方向流动。随着塔高增加。流动方向逐渐转变为向塔壁方向,且又有明显的峰值。     

鼓泡塔反应器内两相流动态模拟研究

采用双流体模型以及考虑气相影响的湍流模型,对矩形鼓泡反应器中气液两相流行为进行了两维和三维数值模拟.结果表明,两维模拟不能准确预测气液两相流动态行为,而三维数值模拟则能准确模拟两相流动态行为.通过比较湍流粘度,发现两维模拟所得湍流粘度要比三维模拟高一个数量级.比较了三维模拟中湍流模型对模拟结果的影响.发现RNGK-E模型所模拟的气泡流摆动周期明显小于K-E模型的模拟结果,模拟结果更接近实验结果.考察了升力和虚拟质量力在多相流动态行为模拟中的作用,发现它们对模拟结果产生不同程度的影响,其中升力的影响比虚拟质量力的影响显著.     

气－液两相湍流流动的双流体模型与模拟

按双流体模型的基本思想，分别将鼓泡流中的气液两相视作连续介质，用Ｅｕｌｅｒｉａｎ坐标系中多流体模型统一描述两相各自的运动，提出包括气相（气泡）湍动动能及其耗散率的ｋ＿１－ε＿１－ｋｂ－ε＿ｂ两相湍流模型。以鼓泡塔内两相湍流流动为例进行的数值模拟结果表明：预报结果与实测数据符合良好，在预示湍流输运性质上较之已有模型有明显改进。为鼓泡流研究提供了一种新的途径。     

超声场中鼓泡塔内气泡直径分布特征研究

利用自主研发的超声鼓泡塔和双电导探针气泡特征参数测量仪测定了不同频率组合下超声场辐射对鼓泡塔内气泡Sauter直径随表观气速和鼓泡塔径向及轴向位置的分布情况。实验结果表明,在距气体分布板轴向距离250 mm、塔中心处气泡Sauter直径由于超声作用而显著减小,最大减幅达55%;在超声场作用下随着表观气速增大,气泡Sauter直径呈增大趋势,当表观气速大于0.06 m/s时,气泡Sauter直径趋于不变;大气泡在塔中心区域聚集倾向明显,小气泡分布在塔壁面附近,气泡Sauter直径(在径向位置)呈现中心峰分布趋势;随着距气体分布板轴向距离增加,气泡Sauter直径增大,在多频混响声场中,气泡Sauter直径增速小于单频声场中增速,即在多频混响超声场中易形成小气泡。实验结果证实,超声场有利于减小气泡体积,增大气泡比表面积,这对于加强气液相间传质、提高传质效果会有显著作用。     

二维鼓泡床内气泡尺寸分布的实验与CFD模拟

在有机玻璃制成的二维鼓泡床(0.20m×0.02m×2.00m)内,采用摄像法对空气－自来水的气液两相体系的气泡尺寸分布进行了考察。以商业计算流体力学软件ANSYS CFX 10.0为平台,在双流体模型的基础上,采用k-ε湍流模型和GRACE曳力模型对气液鼓泡床内流体动力学行为进行了多相流CFD数值模拟。结果表明 MUSIG(Multiple Size Group)模型实现了对多气泡体系内气泡尺寸分布特性的考察,气泡尺寸分布的模拟结果与实验结果吻合得较好,从而说明了考虑了气泡聚并破碎的MUSIG模型能很好地反映出鼓泡床内气泡尺寸分布特性。     

鼓泡塔反应器气液两相流CFD数值模拟

对圆柱形鼓泡塔反应器内的气液两相流动进行了三维瞬态数值模拟,模拟的表观气速范围为0.02～0.30 m•s^-1; 模拟采用了双流体模型,并耦合了气泡界面密度单方程模型预测气泡尺寸,该模型考虑了气泡聚并与破碎对气泡尺寸的影响。液相湍流采用考虑气相影响的修正k-ε模型,两相间的动量传输仅考虑曳力作用。模拟获得了轴向气/液相速度分布、气含率分布、湍流动能分布以及气泡表面面积密度等,对部分模拟结果与实验值进行了定量比较,结果表明模拟结果与实验结果吻合较好。     

含垂直列管束内构件鼓泡塔的CFD模拟

针对含有密集垂直列管束内构件的气液鼓泡塔,在两相Euler二维轴对称k-ε模型中,分别考虑气相和液相受到的列管阻力。通过引入相应的动量源、湍动源以及耗散源建立带列管内构件的鼓泡塔二维CFD模型。模型能清晰、准确地描述带列管束鼓泡塔中气液流动的特征:"烟囱效应"以及分布器影响区延长。计算得到的气含率以及液速的二维分布在宽泛的表观气速(0.12～0.62 m·s^-1)范围内与实验值相符。     

鼓泡塔出口边界条件的数值模拟

鼓泡塔反应器内流体动力学特性预测对于鼓泡塔的设计和发展具有重要意义。应用CFX4.4商业软件,分别采用"压力"和"开口"出口边界,数值模拟研究出口边界条件对鼓泡塔里气液泡状流动结果的影响。结果表明,当出口应用"开口"边界条件,自由表面是一个动态表面,CFX可以捕捉塔顶部整个自由表面特性。由"压力"出口边界和"开口"出口边界条件求得的数值结果差异很小。     

基于气泡群相间作用力模型的加压鼓泡塔流体力学模拟

目前,多数文献报道了冷态加压湍动鼓泡塔内流动特征,并且通过实验数据回归相关经验关联式。然而,此类关联式适用范围有限,难以直接外推到工业鼓泡塔反应器条件。因此,在FLUENT平台上建立了基于气泡群相间作用力的、动态二维加压鼓泡塔计算流体力学模型。通过数值模拟考察了操作压力为0.5~2.0 MPa,表观气速为0.20~0.31 m·s^-1,内径0.3 m鼓泡塔内流场特性参数分布,并且与冷态实验数据进行比较。结果表明,采用修正后的气泡群曳力模型、径向力平衡模型以及壁面润滑力模型描述气泡群相间作用力,能够较为准确地反映平均气含率和气含率径向分布随操作压力和表观气速变化的规律。     

矩形鼓泡塔流体动力学数值模拟

鼓泡塔反应器内流体动力学特性预测对于鼓泡塔的设计和发展具有重要意义。文中应用CFX4.4商业软件,采用k-ε模型中气泡诱发湍流模型,对较高鼓泡塔中湍流弥散力影响和Tomiyama模型的作用进行了数值模拟。研究发现,目前通用的湍流弥散力对所研究的气泡流体动力学影响很小,引入带有气泡诱发湍流模型的Tomiyama模型能获得较好的速度分布。在这种情况下,Pfleger&Becker的模型要优于Troshko&Hassan模型,原因在于后者高估气泡诱发湍流时间尺度。     

二维鼓泡床内气液流动特性实验与数值模拟

采用高速摄像法测量了0.20 m×0.02 m×2.00 m拟二维床内气泡尺寸分布和流型等变化规律,结果表明,随着表观气速的增大,鼓泡床内依次呈现均匀鼓泡区、过渡区和湍动区3种形式,以气泡个数概率表示的气泡尺寸分布呈对数正态分布。以计算流体力学软件ANSYS CFX 10.0为平台,采用k-ε湍流模型和GRACE曳力模型对气液鼓泡床内流体动力学行为展开了数值模拟,其结果与实验值比较吻合。研究表明,从多相流理论出发的计算流体力学模拟方法可以用来预报鼓泡床内流型过渡等流体动力学特性。     

鼓泡塔中离子液体-空气两相流的CFD-PBM耦合模拟

针对咪唑类离子液体介质,采用Euler-Euler双流体模型与群平衡模型（PBM）耦合的方法,引入由实验结果拟合获得的适用于该介质的气液相间曳力系数模型,对内径0.203 m、高2 m的鼓泡塔中离子液体-空气两相流进行计算流体力学模拟,研究了不同表观气速下塔内气液两相速度场分布、气含率和气泡尺寸分布等流体动力学性质。与现有的相间曳力系数模型Schiller-Naumann模型模拟结果对比,采用本文模型得到的气含率与实验值吻合更好,气泡尺寸分布与实验结果一致。