旋转填充床是过程强化的典型设备,具有优异的传质与微观混合性能。由于旋转填充床内部转子和填料的复杂结构,关于其填料区内液相流动特征的基础研究还相对匮乏。目前探索旋转填充床内部的液相流动特征的方法主要以可视化实验为主,如何更加高效、准确地获取填料区内的液相流动特征一直是研究的重点与难点。本文基于丝网填料的二维几何模型,通过CFD模拟对旋转填充床中填料区内的液相流动特征进行了研究。对比分析了 SST、RKE和RSM三种不同的湍流模型在液体在填料区的流动状态和旋转填充床的持液量中的模拟精度和差异。首次提出了进口区厚度的定量化依据,并通过监测网格雷诺数和液体速度切向角随填料径向距离的变化实现了进口区厚度和端效应区厚度的定量化计算,考察了转速、初始液速和液体粘度等操作条件对填料区内液相流动特征的影响。主要研究结论如下:(1)基于SST、RKE和RSM三种湍流模型的旋转填充床填料区内的液体流动模拟结果表明:当填料转速升高时,液体的流动状态从以液膜流动为主转变为以液滴流动为主,旋转填充床的持液量减小;当初始液速增大时,液体的流动状态从以液滴流动为主转变为以液膜流动为主,旋转填充床的持液量增大;当液体粘度升高时,液体从以液滴流动为主转变为以液线流动为主,旋转填充床的持液量增大。此外,通过对旋转填充床持液量的模拟结果拟合得到了新的旋转填充床关联式。与目前常用的Burns的持液量关联式相比,该关联式在预测持液量时与真实实验的持液量数据更接近。(2)在使用SST、RKE和RSM三种湍流模型模拟旋转填充床内的液体流动时,持液量的模拟结果会有区别,而液体流动形态的模拟结果则没有显著区别。研究结果显示:在液速较低时,SST模型表现最好;在液速较高时,RKE模型表现最好;在模拟高粘度液体时,RSM模型表现最好。本研究结果为旋转填充床液体流动的模拟中湍流模型的选择提供了依据,可以在不同的操作条件下获得更加准确的流动模拟结果。(3)本文首次提出了进口区厚度的定量化依据,并在获得填料内液体流动形态的基础上,通过CFD模拟监测网格雷诺数随填料径向距离的变化实现了进口区厚度的定量化计算。通过监测液体在填料各个位置的速度切向角随填料径向距离的变化,本文首次使用CFD模拟的方法实现了端效应区厚度的定量化计算。基于模拟数据的拟合得到了进口区厚度和端效应区厚度的关联式,关联式计算值与CFD模拟值的偏差均在±20%以内。其中通过关联式计算得到端效应区厚度值与前人通过概率方法计算的端效应区厚度值的差异在±15%以内。本文根据不同操作条件下进口区厚度与端效应区厚度的差值对湍流发展区的厚度进行了预测,从流动的角度解释了不同操作条件下传质效率的差异。