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。     

鼓泡床内气泡直径的分布

气泡的直径分布是决定鼓泡床反应器气液接触面积的重要参数，其轴向分布对鼓泡床反应器的设计和性能优化具有重要意义。喷嘴作为气体分布器的最小单元，对气体分布器的分布性能起决定性因素。本文考察了不同孔径喷嘴对鼓泡床内气泡分散的影响，结果表明，对于在孔口产生的小于最大稳态气泡直径ds的气泡，将稳定存在于床层内，而直径大于ds的气泡，将迅速破碎，最后形成近乎一致的气泡粒度分布，喷嘴的影响距离在21cm左右。     

鼓泡床中的气泡尺寸分布

根据气泡聚并和破裂速率模型,提出一个描述鼓泡床中气泡尺寸分布的总体平衡(Population Balance)模型。该模型可预计鼓泡床中气泡尺寸分布随床高的变化。对空气-水体系的模拟结果与实测结果吻合较好。     

气液鼓泡床内的液体流速分布

引言 鼓泡床是一种重要的气液或气液固多相反应器.液体循环流动是鼓泡床的一个重要流体力学特征,从20世纪50年代人们就开始对此进行了比较系统的实验研究[1-6].这个特征对鼓泡床的流体返混行为、气含率、气液界面积以及传热传质系数都有很大影响,特别是液体返混行为可以由液体循环特性直接决定.如何准确地描述和预测鼓泡床中的液体流速沿径向的分布,关系到鼓泡床反应器的设计、放大和优化.因此,许多年来它一直是人们致力探讨的重要课题之一[7-8].     

锥形鼓泡床内气含率特性的研究

本文分析了锥形鼓泡床内流型过渡、平均气含率及气含率轴向分布特性，考察了入口气体速度、静止液体（或淤浆）高度及淤浆浓度的影响，比较了与圆柱床的差异，结果表明对于鼓泡床内气体体积收缩的反应，用锥形床的冷态试验可以较精确地模拟其实际结果。     

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。     

单孔及微孔曝气低气速鼓泡床内气泡行为比较

引言鼓泡床反应器被广泛应用于吸收、液相氧化、好氧生化等气液反应过程,气体在液相中的分散情况对鼓泡床的反应和传质特性都有很大影响.为了提高气液传质效率,增加生产强度,工业反应器很多都是在高气速下操作(Ug>0·05m·s-1),很多研究都集中在高气速湍动鼓泡区[1~3].但对有机     

鼓泡床内气体分布器设计及其对水力学影响

本文比较了目前常用的几种分布器，通过照像法观察了三种分布器（单孔板、多孔板和烧结金属板）上的气泡形成过程，然后测定了这三种分布器的干板压降和湿板压降，并就它们对水力学条件的影响进行了考察。其结果对鼓泡床内分布器的设计具有一定的参考价值。     

流态化合成氮化硅的鼓泡床冷模试验与CFD模拟

对流态化合成氮化硅的鼓泡床进行了冷态试验研究,结果表明:优选出的流态化分布板,在表观气速为0 11~0 13m/s时,可以形成稳定的鼓泡床。并运用CFD技术,模拟研究了床内的空气相、颗粒相的组分浓度分布规律,对床内的死流区、不同粒径颗粒的上下分层现象与不同床层高度的压力降的模拟预测结果与实验结果相吻合。     

鼓泡床反应器中液体循环的模拟

应用分离流概念对气液鼓泡床反应器中的两相流体动力学进行了理论分析,从而建立了一个基于机理的液体循环的数学模型。根据这个模型,对影响液体循环的诸因素及部分实例进行了模拟计算,其结果与实验结果吻合很好。     

基于EMMS方法的鼓泡塔反应器CFD及群平衡模拟

能量最小多尺度（energy-minimization multi-scale,EMMS）方法已经被应用于气液体系中群平衡（population balance model,PBM）模型的改进。EMMS模型可计算气泡破碎聚并过程的能量,进而获得聚并速率的修正因子。应用这一模型对高气速鼓泡塔进行了模拟计算,并进一步对比了均一尺径模型、CFD-PBM模型以及CFD-PBM-EMMS模型的模拟结果与实验数据。结果表明,在高表观气速条件下,基于EMMS方法的群平衡模型可以更加准确地预测鼓泡塔中不同高度的气泡尺径分布和轴向液速,同时提高了对整体气含率和局部气含率的模拟准确性。在表观气速为0.16 m·s^-1和0.25 m·s^-1时,CFD-PBM-EMMS模型对气泡尺径分布的预测精度更高,同时整体气含率模拟的相对误差下降为5%和15%,局部气含率模拟平均相对误差下降为8%和17%。     

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。     

气液鼓泡塔的CFD-PBM耦合模拟：离散法与QMOM方法的对比

采用CFD-PBM耦合方法,对高表观气速下的气?液鼓泡塔进行模拟,得到气含率、轴向液速及气泡尺寸。系统性对比求解群平衡方程(PBE)的不同方法：离散法(20 bins)和QMOM(包括四阶QMOM和六阶QMOM)。模拟结果与文献中的实验数据的对比结果表明,离散法和QMOM均能合理预测气含率、轴向液速、平均气泡大小和气泡尺寸分布。但QMOM比离散法节约2~3倍的计算成本。对于QMOM,使用四个矩能准确描述气相的演化。使用四阶QMOM和六阶QMOM得到的结果非常相似。利用QMOM的低阶矩可以快速有效地重构出单峰气泡尺寸分布。     

鼓泡塔中气泡尺寸分布和局部气含率研究

在内径为0.38 m的鼓泡塔中采用双电导探针法对不同通气速率下的气泡尺寸分布和局部气含率进行了实验研究,分析了气泡尺寸的概率密度分布。结果表明:气泡尺寸随轴向高度的增加而增大,随径向距离增加而减小;鼓泡塔中气液流动可分为过渡流域和充分发展流域,在过渡流域气含率随轴向高度增加而增大,在充分发展流域气含率趋于均值,径向局部气含率分布呈抛物线型下降。高气速下气泡尺寸概率密度分布比低气速下宽,且随轴向高度的增加分布变宽。     

Void fraction distribution in a bisectional bubble column reactor

This article presents the distribution of the local void fraction (α) in a mock-up bisectional bubble column with a diameter of 0.63 m. Owing to the lack of such data in the literature, α was investigated experimentally using a microresistivity (R) probe and a phase discrimination procedure based on the probe signal. The two-phase mixture that consisted of air and tap water was measured at 342 nodes in the vertical half-section plane of the column. Relatively small differences between the volume-integrated local values of α and the measured total gas holdups showed reasonably good agreement under all conditions. Experimental data were used for validation of a bubble column numerical model for a low hydrodynamic regime with commercial computational fluid dynamics (CFD) code. The difference between the CFD calculated total gas holdup and the experimentally measured mean value is 8.8%, while some differences in the local void fraction distributions were found in the lower part of the column. © 2019 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 65: 1186–1197, 2019     

Bubble size distribution in a bubble column with vertical tube internals: Experiments and CFD-PBM simulations

Knowledge of bubble size distribution (BSD) is critical for controlling mass transfer and reaction in bubble column reactors. Installation of internals further complicates this issue. The effects of internals on BSD were systematically investigated through experiments and computational fluid dynamics-population balance model simulations. The experiments show a bimodal distribution of the volume-based BSD except at low superficial gas velocity of 0.01 m/s. Addition of 20% internals increases the small-bubbles fraction, making the first BSD peak more evident. Correspondingly, the simulation reveals a prominent decrease of turbulent dissipation rate and turbulent kinetic energy. Moreover, while the unresolved turbulent kinetic energy dominates in the empty columns, the resolved portion becomes the major component in the presence of internals. This suggests that internals may redistribute turbulent kinetic energy in each scale, which provides more insights into the complex flow characteristics in the presence of internals and process intensification.     

Ejector performance in a co-current gas-liquid downflow bubble column

Performance of an ejector system in a two-phase downflow bubble column has been evaluated with respect to the energy dissipation during coaxial flow of liquid and gas in a parallel throat and divergent diffiser and during gas—liquid mixing in the column. Experiments were carried out in a 51.6 mm i.d. column with five different nozzles. Three systems, namely air—water, air-kerosene and air—paraffin were used. Correlations have been developed for predicting the ejector loss coefficient as well as mixing loss coefficient as a function of different physical and dynamic variables of the system.