基于CFD-PBM耦合模型的气液两相流反应器建模与数值分析

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:coastllee
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两相流反应在自然界及石油化工、能源动力、航空航天、生物医药、食品加工等工业过程中广泛存在。由于两相流反应中两相间的相互作用以及随即可变的相界面分布情况,从而导致了两相流反应的研究的困难和复杂。所以利用传统的分析方法对两相流反应进行研究很难准确地描述出它的流型演化机理以及运动学特性等问题。在近些年的研究当中,利用软件仿真成为了两相流研究的新思路和新途径。在两相流反应中,离散相的动力学行为特性更是研究的重点,在反应器当中离散相的成核、生长、聚并、破碎以及消亡行为以及离散相之间的相互作用都会对两相之间的传质、传热以及反应的发生和进行产生直接的影响。因此,从机理上深入了解混合相中的离散相行为是探究反应过程以及对反应系统进行控制优化的关键。本文在ANSYS18.0平台上对气液两相流在不同混合过程中的情况进行数值模拟,并根据实验测量数据对模型参数进行修正,深入探究了气液混合过程以及离散相行为特性。首先,本文通过对微通道内单个微粒的运动情况进行模拟仿真,探究单个微粒生长以及在微通道内受力拉伸变形的过程。分别构建气体和液体通道,使用Multi-Fluid VOF模型,在通道入口处设置一个周期性输入信号,观测液滴和气泡作为离散相时不同的动力学特性。然后,分别对气升式反应器以及文丘里洗涤器的内部流场情况进行数值模拟。气升式反应器是一种高效的多相反应器,广泛地应用于生物工程、能源化工等领域。该反应装置利用气体在进入后产生密度差,从而实现循环流动。文丘里洗涤器也是典型的气液两相反应装置,能够提供较高的传质系数和更强的混合效果,广泛适用于氢化、氯化、尾气吸收等过程。在使用过程中,液体作为离散相在高压作用下雾化喷入反应器和气体混合进行反应。在模拟过程中使用PBM模型,并验证不同离散方法以及破碎聚并模型对不同反应装置适应性。最后,通过仿真结果和实验数据结合,提出针对不同类型反应以及不同反应器的最适应的数值模拟方法。
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