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试议模型鼓泡塔气液两相流数值模拟

收藏本文 2024-02-08 点赞:3844 浏览:9167 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:气液反应器广泛运用于石油、生物、能源与环境等诸多工程领域。利用计算流体力学策略,模拟探讨该类反应器的多相流体动力学行为可以为优化反应器操作和设计开发提供有效指导。本论文以扁平矩形鼓泡塔为探讨对象,采取Euler-Euler双流体策略,模拟浅析了鼓泡塔内气液两相流场。通过与文献报道的实验测量结果进行比较,确立了适合该类系统的气液湍流封闭模型,气泡模型和边界条件的设定等重要模型策略。主要工作包括以下方面:采取三维模型结合k-ε类双流体湍流封闭模型,对扁平矩形鼓泡塔内气液两相流流体流动特性进行数值模拟探讨。浅析了气泡羽流摆动周期,液相速度、相含率等流态特性,探讨了不同湍流封闭模型对模拟结果的影响。结果表明:RNG-per phase k-ε湍流封闭模型能够模拟预测较高的液相剪切率和湍流耗散率以及较低的有效粘度。与标准k-ε模型和Reapzable k-ε模型比较,利用RNG-per phase k-ε预测的羽流摆动周期最小,与实验值比较接近,推荐作为气液鼓泡塔三维模拟计算的湍流封闭模型。采取二维模型模拟了L.S.Fan小组的超扁平鼓泡塔内气液流场特性,比较了RNG-per phase k-s模型和雷诺应力模型,并且尝试了用两种不同的策略处理进口速度边界条件结果表明:利用雷诺应力模型模拟得到的液相速度分布与实验值较为接近;在二维模拟计算中,需对入口气速进行均值修正后才能模拟得到与实验测量相一致的气泡羽流摆动周期。分别利用单气泡模型、双气泡模型(大气泡、小气泡、水三相模型)和群体平衡模型(PBM)对非均匀区二维鼓泡塔内气液流动进行了模拟计算。与PIV测量结果相比较。结果表明:采取大气泡-小气泡两个离散相模拟气泡相,与液相一起组成的气-气-液三相模型可以得到与实验结果一致的液相速度分布。关键词:气液鼓泡塔论文Euler-Euler双流体模型论文气液湍流封闭模型论文气泡模型论文

    摘要5-6

    Abstract6-11

    第1章 前言11-13

    1.1 探讨背景11-12

    1.2 探讨内容12

    1.3 本论新点12-13

    第2章 文献综述13-30

    2.1 煤直接液化反应器的分类13-14

    2.2 鼓泡塔气液流动的探讨情况14-22

    2.2.1 探讨策略14-15

    2.2.2 鼓泡塔流型转变及其判断策略15-18

    2.2.3 气含率分布18-19

    2.2.4 液体径向速度分布19-20

    2.2.5 气泡动力学20-22

    2.3 鼓泡塔CFD模拟近况22-30

    2.3.1 CFD概述22

    2.3.2 鼓泡塔气液两项流模型策略22-28

    2.3.3 气液鼓泡塔湍流封闭模型28-30

    第3章 鼓泡塔湍流封闭模型比较探讨30-47

    3.1 不足的提出30-31

    3.2 气液两相流基本制约方程31

    3.3 气液相间作用力31-32

    3.4 气液相湍流封闭模型32-33

    3.5 分散相的处理方式33-38

    3.5.1 混合物湍流模型(Mixture)34

    3.5.2 分散湍流模型(Dispered)34-37

    3.5.3 各相湍流模型(Per-phase)37-38

    3.6 FLUENT求解平台38-40

    3.7 鼓泡塔内气液两相流动动态特性数值模拟40-46

    3.7.1 反应器结构40

    3.7.2 数值格式对计算结果的影响40-41

    3.7.3 网格对计算结果的影响41-42

    3.7.4 模型求解42

    3.7.5 模拟结果与讨论42-46

    3.8 本章小结46-47

    第4章 鼓泡塔反应器气泡模型探讨47-61

    4.1 二维鼓泡塔中进口速度边界条件的设定47-51

    4.1.1 模拟对象47-48

    4.1.2 不同进口气速边界条件的模拟结果48-51

    4.2 二维鼓泡塔湍流封闭模型的选择51-54

    4.2.1 Reynolds(R)应力模型51

    4.2.2 模拟结果与讨论51-54

    4.3 气泡模型探讨54-60

    4.3.1 单气泡模拟55

    4.3.2 双气泡模型55-56

    4.3.3 PBM模型56-58

    4.3.4 模拟结果与讨论58-60

    4.4 本章小结60-61

    第五章 全文总结61-63

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