浅层气液两相鼓泡塔非线性混沌牲

研究了内径383 mm、高径比(H/D)为1～3、多管布气的浅层气液两相鼓泡塔内的压力波动信息的非线性混沌特性.通过差值准相空间构造吸引子法确定重构相空间的时间延迟.探讨了不同高径比、不同轴向位置下表观气速对非线性混沌特性的影响.鼓泡塔不同区域的奇怪吸引子结果表明:对于H/D≤3的气相多管分布的浅层鼓泡塔,沿轴向可区分为下部气泡分裂区、中部分裂与凝并过渡区和上部分裂凝并平衡区.鼓泡塔中存在小尺度的气泡运动、中尺度的气泡涡旋运动和大尺度的涡旋流动,其混沌特征参数具有多值性.高频小尺度的气泡破碎凝并的复杂非线性动力学运动特征,需要3～4个参数加以描述;鼓泡塔上部气泡运动的规则性加强,动力学描述所需参数减少至2～3个;Kolmogorov关联熵在ug＝0.15～0.25 m/s内存在极小值, 表观气速可以得到优化.     

浅层气液两相鼓泡塔非线性混沌特征

研究了内径383mm、高径比（H／D）为1～3、多管布气的浅层气液两相鼓泡塔内的压力波动信息的非线性混沌特性。通过差值准相空间构造吸引子法确定重构相空间的时间延迟。探讨了不同高径比、不同轴向位置下表观气速对非线性混沌特性的影响。鼓泡塔不同区域的奇怪吸引子结果表明：对于HD≤3的气相多管分布的浅层鼓泡塔,沿轴向可区分为下部气泡分裂区、中部分裂与凝并过渡区和上部分裂凝并平衡区。鼓泡塔中存在小尺度的气泡运动、中尺度的气泡涡旋运动和大尺度的涡旋流动。其混沌特征参数具有多值性。高频小尺度的气泡破碎凝并的复杂非线性动力学运动特征。需要3～4个参数加以描述;鼓泡塔上部气泡运动的规则性加强。动力学描述所需参数减少至2～3个;Kolmogorov关联熵在uk=0．15～0．25m/s内存在极小值。表观气速可以得到优化。     

基于电阻层析成像技术的气升式内循环鼓泡反应器流体力学研究

采用电阻层析成像(ERT)技术,对高为1 024 mm、直径为165 mm,导流筒高为590 mm、直径为80 mm的气升式内循环反应器进行流体力学参数的测量。考察表观气速对上升区和下降区内等3个截面处气含率的影响以及反应器内流型的变化情况。研究结果表明:在上升区,气含率随表观气速的变化与普通鼓泡塔情况一样,而在下降区,一部分气泡由于气液湍动被带入下降区;随着表观气速的增加,液体的循环速度逐渐增大,更多的气泡被拖曳到下降区,下降区内气含率增加明显。通过对ERT图像时间序列的叠加,可以清晰得出在上升区低气速下气泡离散式上升,随着表观气速的增加,以气泡群的方式流动且气泡聚并明显,并出现气泡群的摆动;在下降区,随着液体循环速度增加,下降区气液层消失,气含率逐渐增大。     

氧热法电石合成淤浆鼓泡床反应器的流动特性

针对氧热法电石合成的电石吸热反应和炭燃烧放热耦合特点,本文设计并研究了适用该过程的三相淤浆鼓泡床反应器。采用空气-水-氯化聚氯乙烯（CPVC）模拟物系,实测了不同表观气速、固体颗粒进料量和静液高度下淤浆鼓泡床床层中局部平均气含率、固含率轴向分布和大、小两类气泡的分布。结果表明表观气速越大,局部平均气含率越大;固体颗粒的加入减小了床层局部平均气含率。当Ug在0.136~0.196m/s之间时,固含率轴向分布随表观气速增大趋于均匀;固体颗粒进料量越小则固含率沿轴向分布越均匀。随着表观气速的增加,小气泡含量逐渐增加,大气泡含量逐渐减小;随着静液高度的增加,大气泡含量均是先增大后减小。上述结果表明电石生成反应与燃烧供热反应原位耦合于淤浆鼓泡床中是可行的。     

鼓泡反应器内环流初探——鼓泡反应塔研究之二

本文是《鼓泡反应塔的气泡特性》一文中所提出的“循环流”的进一步研究,并做为《鼓泡反应塔的气泡特性》一文的续篇而提出来的,故命名为《鼓泡反应器内环流的初探》。在空塔气速V_(SG)=1～7 cm/s范围内,用空气——水体系,研究了内装同心导流筒的鼓泡反应器(以下简称“环流反应器”)的流动模型和传质,并与无内件鼓泡器(以下简称“空塔”)和机械搅拌的鼓泡器(以下简称“搅拌鼓泡器”)进行了比较。发现,环流反应器的流况可以用带死区和短路的理想混合模型来描述,并求出了模型参数h和m;环流反应器的容积传质系数k_La大于空塔的k_La值;在V_(SG)>4cm/s的条件下,环流反应器的k_La也大于搅拌鼓泡器的k_La。对环流反应器内D_E/D影响的研究表明,D_E/D=0.58时,传质情况最好。     

以鲍尔环为内构件的鼓泡塔反应器的流体力学性能

对二甲苯氧化合成对苯二甲酸常用鼓泡塔作为气液反应器,以填料为内构件可以强化鼓泡塔反应器的气液接触状况,从而提高反应速率。以金属鲍尔环为内构件,考察鼓泡塔反应器的气液接触状况,采用高速摄像技术对气泡群进行图像分析,同时利用体积膨胀法测定气含率,研究不同型号鲍尔环作用下的气含率、气泡尺寸和粒径分布。结果表明,Φ25鲍尔环对气泡的切割效果最好,气泡的尺寸分布较为集中,主要处于3.00～6.00 mm之间,Sauter平均直径随气速增大而增大,并在高气速下趋于平缓;鼓泡塔反应器的气含率随气速增大而增大,且鲍尔环尺寸越小气含率越大。利用实验数据进行非线性回归,得到在实验气速范围内气含率与气泡Sauter平均直径、比表面积的关联式,计算值与实验结果较为吻合。     

三级碳化反应器中的气泡行为研究

针对“钙化碳化法”处理低品位铝土矿及赤泥新方法的核心环节碳化过程,为实现碳化反应器内气泡微细化及均匀分布,提高碳化效率,提出了“三级错流文丘里式射流反应器”,并进行了冷态物理模拟研究,考察了反应器内的局部气含率和气泡上升速度.结果表明,气含率随表观气速的增大而增大,随表观液速的增大而减小,沿反应器轴向逐渐降低,后一级反应器的气含率大于前一级;气泡上升速度随表观气速和表观液速的增大而增大,沿反应器轴向逐渐降低,后一级反应器的气泡上升速度大于前一级,该结果为碳化反应器的设计和工业应用提供了依据.     

三相鼓泡塔反应器液体流速分布的实验研究

采用示踪剂电子电极法对气-液-固三相鼓泡塔局部液体流速的测试结果表明，塔中心处的局部液速最大，近塔壁处最小，随表观气速增大，初始流体流动处于由均匀流型向过渡流型的转变；当表观气速继续增大，平均液速则明显增加，轴向液速的径向分布呈线性关系，表明流体的流动进入非均匀流型；三种不同结构的气体分布器对反应器中心线处轴向流速影响的实验表明，环状气体分布器的反应器底部存在一个狭小的回流区。     

CFD优化大型浅层鼓泡塔管式气体分布器结构

分布器结构影响大型浅层鼓泡塔反应器性能,采用CFD模拟研究了5种四管气体分布器,各分布器的通气管均匀布置在不同的分布环上（0.3/0.4/0.5/0.6/0.7＊DT）,模拟采用了双流体方法和多气泡簇MUSIG模型。文中较全面的考察了高表观气速下（Ug=0.1m/s）管式分布器分布环直径对反应器流型、相含率、液速、湍b流、气泡大小以及混合时间的影响;模拟结果表明整体气含率和混合时间均随环径比先增大后减小,气含率的最佳环径比在0.4左右,而混合时间最大值出现在0.5d/DT附近,当环径比小于时0.5,鼓泡塔内为单循环流动,大于此值,鼓泡塔内将形成双循环流动,不利于混合。     

气升式外环流反应器上升管中局部流动特征

用多通道压差技术测定了气升式外环流反应器连续操作时不同操作条件下上升管不同轴、径向位置压差波动信号,并借助压差信号的标准偏差分析反应器上升管的流型特性.实验结果表明,气升式外环流反应器上升管中不同轴、径向位置的压差波动方式不同;流体随表观气速变化经历过渡流区和湍流区两个流域;循环流对上升管下端的流体波动产生重要的影响.     

LHJ浮选柱中的气泡特性

采用光－电探针法对ＬＨＪ浮选柱下导管内气泡尺寸及局部含气率进行了测定，考察了浮选柱结构参数及流物化参数各固素对浮选柱气泡直径及局部含气的影响。结果表明，流动压力，径向和轴向位置，ＰＨ值及起泡剂对气泡直径和含气率都有影响，而起泡剂的加入能明显降低气泡直径，同时提高含气率。     

环形与圆形喷管水下气泡生成的实验对比研究

对环形喷管与圆形喷管水下气泡生成进行了实验对比研究.利用自行设计建设的水下气体射流实验系统,结合高速摄影仪图像记录及图像处理,比较分析了两种喷管气泡生成的异同.研究表明:对于圆形喷管,其气泡生成随气体流量增加依次呈现单周期、双周期和三周期特性;而环形喷管,在初始低流量时,气体在环形喷管出口截面呈随机无规则喷发,一旦形成稳定环形气泡则直接进入三周期区制;两种喷管在后续气泡断裂时整体气泡顶部上浮高度也不同;3类气泡所受各种力处于动态变化之中,且3类气泡所受主要控制力不同.      

鼓泡塔内气含率分布与流场的CFD模拟

采用CFD商业软件对单层分布器、双层分布器和带导流筒3种结构鼓泡塔内气液分散性能进行数值模拟。研究结果表明,随着通气量的增加,鼓泡塔内气含率增高,但其分布的均匀性变差。鼓泡塔内存在过渡流域和充分发展流域,在过渡流域,塔内水平截面平均气含率随轴向高度而增加,在充分发展流域,塔内水平截面平均气含率不随轴向高度变化,2种流域的分界线位置和鼓泡塔的结构有关,而几乎不受通气量大小的影响。在相同通气量下,双层分布器和带导流筒鼓泡塔内平均气含率比单层分布器鼓泡塔低,但双层分布器相对单层分布器鼓泡塔可改善在耗氧反应体系中氧气分布的均匀性,采用带导流筒鼓泡塔可改善液体在塔内循环,使气-液反应在塔内更加均匀。     

鼓泡塔中驻波声场调制大气泡的直接模拟

采用直接数值模拟的方法，同时计笋了鼓泡塔中高频驻波的生成、传播和一个直径5．55mm的大气泡与该驻波相互影响的行为．气液主流场采用考虑表面张力的粘性可压缩流体动力学基本方程和气液两相的状态方程来描述，可压缩气泡的界面行为由Levelset方法耦合界面作用模型来处理，驻波声场通过与时间相关的传感器速度入口边界条件形成．模拟结果显示，反应器中形成了一个稳定的驻波声场；由于气泡的存在，均匀的压力场变成了轴对称分布的压力场；气泡容积以很小的振幅周期性收缩与膨胀．模拟结果还揭示了对于在驻波声场中的大尺寸气泡，Bjerknes力与浮力之比为20％-25％，与实验结果21％基本相符．     

气液两相单孔鼓泡过程的小波分析

运用小波能谱分析中的能量最大准则,对双头电导探针前针在单孔鼓泡口测得的时间序列进行了分析,并用最大尺度强度考察了液体性质和鼓泡口直径对鼓泡过程的影响。结果表明：单孔鼓泡过程,随着雷诺数的增加分为低频鼓泡、过渡鼓泡和高频鼓泡3个过程;最大尺度强度随雷诺数增加不是严格意义上的单调递减,在雷诺数约为1600左右时出现了一极值点;液体粘度增加会使最大尺度强度相应增加而鼓泡口直径主要影响高雷诺数下的最大尺度强度。     

鼓泡床中分布器对气泡行为影响的电容层析成像分析

采用英国Process Tomography有限公司研制的12电极双面电容层析成像(ECT)系统,研究了不同的分布器结构对鼓泡床气泡行为的影响。结果表明:在相同的表观气速下,随着分布器开孔数目的增多,气含率相应增加;随着表观气速的增加,气含率逐渐上升;当分布器具有泡罩结构时,对应的气含率较高。借助Plot3d考察了气泡上升过程中的准三维结构,发现气泡(群)的上升过程近似一种螺旋运动。     

臭氧与对硝基苯酚溶液在鼓泡塔中反应的模拟

研究了鼓泡塔中臭氧与对硝基苯酚水溶液反应的吸收传质过程．首先在半连续状态及298K下,将气相臭氧连续注入盛有对硝基苯酚溶液的鼓泡塔中进行吸收实验,并对吸收过程进行模拟．然后运用全混流模型,建立了臭氧吸收过程的质量平衡方程．采用Matlab软件中的ODE程序求解该质量平衡方程和增强因子的联立方程,模拟吸收过程中臭氧和对硝基苯胺浓度的变化,并与实验值进行比较．发现在合适的pH值下,在80％的对硝基苯酚降解之前,模拟值和实验值吻合较好,当对硝基苯酚的浓度下降到某一值时,模拟值和实验值出现一定的偏差．研究结果表明,在短的鼓泡塔中,应用全混流模型来描述气相和液相的流体状态是可行的。     

电导法测定气-液鼓泡床反应器内的气泡直径

在小型气－液鼓泡床反应器上，观察、测定了气泡的大小及运动情况，并运用统计学原理计算出Sauter气泡平均直径、气泡上升速度，为了解大型气提式外环流反应装置内的气泡大小及运动情况提供了指导。     

乙二醇溶液中圆锥泡声致发光的发光光谱

利用一种改进后的U型管圆锥泡声致发光装置,研究了乙二醇溶液中圆锥泡声致发光的发光光谱.实验结果表明,光谱为从紫外到可见光波长范围的连续谱,在589 nm附近叠加有钠的3p-3s原子发射谱线.在钠的原子发射谱线左侧测量得到了Na-Ar分子激发态跃迁形成的蓝卫星带,并首次在声致发光实验中测得了Na-Ar的红卫星带以及钠的3d-3p原子发射谱线.最后,讨论了钠的原子发射谱线以及卫星带的形成机理.