搅拌反应器气液两相流场特性研究

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气-液两相搅拌反应器在许多行业中得到广泛应用,目前大多数研究者对气-液两相搅拌器的研究主要体现在通气搅拌功率、总体气含率等宏观方面。为进一步研究搅拌反应器内相间的分散特性和规律,需要对气液两相体系内的重要局部特性参数的分析,如局部气含率、气泡尺寸大小及分布、湍流强度等进行研究分析。  本文应用计算流体动力学(CFD)技术,基于Euler-Euler双流体模型和Realizable k-ε模型湍流模型,结合描述气泡聚并和破碎运动规律的群体平衡模型(PBM),使用FLUENT软件对气液两相搅拌反应器内的流场宏观和局部分散特性进行数值模拟。并且将数值模拟结果和实验值进行对比分析。对比分析常见的搅拌桨组合XK+HDY、XK+ZDY、XK+PDT、ZDY+PDT、KSX+HDY和KSX+PDT在搅拌反应器的流场分布特性, KSX+PDT组合比其他几种组合形式能达到分布效果较好的流场,气含率较高。  针对(2KSX+PDT)三层气-液两相搅拌反应器进行实验研究和数值模拟分析。在Euler-Euler双流体模型的基础上引入模拟气泡破碎和聚并的群体平衡模型(PBM)对搅拌反应器在不同工况条件下的流场进行数值模拟仿真,得出随着搅拌转速和进气量的增加气含率上升,并且随着进气量的增加,其气含率的上升速度逐渐减慢,数值仿真和试验结果吻合较好。说明采用数值模拟的方法可以分析气液两相搅拌反应器的流体特性,计算其整体气含率、局部气含量和气泡直径大小的分布特性。  另外,通过应用Euler-Euler双流体模型和群体平衡模型(PBM)对一种大型聚氨酯搅拌反应器内部的气液两相流场分布和局部气含率和气泡粒径分布等局部特性进行数值模拟分析,得到流场分布规律。为该类搅拌反应器的设计、优化和放大提供一定理论依据。
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