圆盘反应器内流动和成膜性能的数值模拟

采用流体体积函数法(VOF)对卧式旋转圆盘反应器的流动和成膜特性进行了数值模拟,并考察了圆盘转速和反应器内液位高度对液膜厚度及分布的影响规律。研究结果表明,VOF方法能够较好的模拟圆盘反应器内液膜的流动和成膜特性,反应器内液相流场、成膜过程、液膜厚度及分布的模拟数据与实验结果吻合良好;液膜厚度随圆盘转速增加而增大,液位高度的变化对其影响不大;圆盘成膜具有最低转速和最低液位;同时模拟得到了圆盘表面液膜的分布规律。     

生物搅拌反应器的CFD模拟及在肌苷发酵中的应用

通过改变搅拌桨叶间距,对50 L的气液搅拌生物反应器在指定转速、每升发酵液中每分钟通入空气1 L条件下的搅拌流场、剪切力、空气体积分率进行模拟,从流体力学角度对反应器进行了优化。将模拟优化结果用于实际肌苷发酵过程中,结果表明:计算流体力学(CFD)模拟优化后的搅拌桨位置能改善发酵罐内部的流场和气体分布,从而对菌体代谢和肌苷合成产生影响,使每升发酵液的产苷量提高了4.06 g。     

液态金属中气体射流过程数值模拟研究

应用欧拉-欧拉法双流体模型描述液态金属中气体射流搅拌过程的两相流动及气泡分布.采用分别描述气泡和液体湍流的k-ε两相湍流模型,重点分析气泡和液体在流场中的受力,详细讨论了阻力、升力等相间作用力对气泡分布的影响.结果表明,气泡的喷射对熔池起搅拌作用,中心线上入口处气含率最高,进入熔池后迅速下降,到一定高度后下降趋势变缓,在出口附近趋于不变.预测结果和文献中的实验结果进行对比表明,在给出合理的相间作用力模型时,该模型预测值和实验结果符合较好.     

双层桨结构自吸式反应器的气含率

根据单层桨自吸式反应器吸入的气体主要集中在反应器上部的缺陷,采用了4种桨型作为下层搅拌桨,并研究了下层桨桨径、桨间距和导流筒的影响.测定了釜内总气含率与釜下半部的气含率,发现下层桨不仅决定气含率在釜下部的分布情况,而且对自吸式桨的气体吸入量也有很大影响,与理论推导的结果完全吻合.找到了合适的搅拌浆组合形式,该组合符合流体力学理论,在工业装置上的应用取得成功.     

气升式环流反应器内气液两相流动计算流体力学的模拟

采用欧拉-欧拉两流体模型模拟了气升式环流反应器内部气液两相流动过程,考察了液相速度和气含率随表观气速的变化,液相速度和气含率模拟值的关系与两种经验关系式的计算值进行了比较,两者取得了很好的一致,证明了模型的正确性。在此基础上,使用计算流体力学模拟的方法考查了反应器内的导流筒直径和导流筒高度对反应器内两相流动的影响,导流筒直径增大,液相循环量增大,上升段气含率增大;导流筒位置升高,液相循环速度和循环量均增大,上升段气含率减小。所获得的结果对气升式反应器的设计优化具有指导意义。     

自吸式离心泵自吸过程的非稳态数值模拟

为研究自吸式离心泵的自吸过程,选取外混式自吸离心泵为研究对象,基于非稳态数值模拟方法,采用VOF多相流模型和标准k-ε模型,通过简化的边界条件,研究该自吸式离心泵的气液两相混合流动和分离过程,并且分析各监测点的含气率、速度、压力.结果表明：自吸过程中会产生气液分层现象,降低排气效率;在叶轮与蜗壳的间隙较小处,会产生高强度的含气率波动.     

三相下喷式环流反应器的气含率和传质性能

在三相非牛顿型流体体系中，对下喷式环流反应器的气含率和传质特性进行了实验研究。讨论了气速、液速、导流筒直径与反应器直径比、固体装填量、羧甲基纤维素钠溶液浓度及其流变特性对它们的影响。实验结果表明，气含率和传质系数随气速的增加而增加，而液速对其影响较小。在实验条件下，发现最优的导流筒直径与反应器直径比在０．４￣０．５这一范围，最优的固体装填量约为ψ＝０．０３，同时提出了气含率和容积传质系数的经验关联     

多层桨气-液搅拌反应器内局部特性的数值模拟

采用计算流体力学(CFD)方法,应用Euler双流体模型、标准的k-ε双方程湍流模型及多重参考系法,并与综合考虑了气泡聚并与破碎对气泡尺寸影响的群体平衡模型(PBM)相结合,对多层桨搅拌槽内气-液两相的流场、局部气含率分布、气泡尺寸分布以及局部容积传质系数分布进行了数值模拟。结果表明:在搅拌槽内顶桨与底桨上方靠近壁面处存在气含率和气泡尺寸分布的极大值,与实验结果相吻合;容积传质系数的模拟结果与实验值的相对误差为15%。     

气升式反应器结构参数优化设计CFD仿真研究

气升式反应器是生物发酵生产过程中的重要设备,工业生产过程中要求反应器内保持较高的气含率和循环液速,从而提高气液传质效率.由于气升式反应器的导流简直径对气含率和循环液速有决定性影响,研究其结构参数优化设计具有重要意义;文章利用计算流体力学仿真软件研究了气升式反应器内的流动状态,给出了不同导流简直径下气含率和循环液速的变化趋势,发现了该结构参数存在最佳设计范围.     

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。     

气升式外环流反应器结构特性对传质的影响

研究了气升式外环流反应器（EALR）结构特性（高径比、喷嘴结构、喷嘴位置、两管中心距）对气含率、液体体积传质系数的影响。得出了反应器的较优结构尺寸。在冷模试验优选出确定结构的EALR中进行了苏云金杜菌的发酵实验,与传统的机械搅拌罐相比,苏云金杆菌的发酵周期可缩短9h左右,发酵水平可提高35%。     

环隙气升式反应器的开发 Ⅰ.流体力学研究和体积传质系数的关联

在400mm直径的环隙气升式反应器内,用空气-水系统测定了平均气含率和体积传质系数,考察了分布器和导流筒结构的影响,并求得了体积传质系数的经验关联式。实验表明,在相同气速下,环隙气升式反应器的平均气含率和体积传质系数均稍小于鼓泡反应器的值。但由于环隙气升式反应器具有较高的液体循环速度,混和效果好,更具开发价值。     

侧吹金属熔池内的搅动现象

针对浸入式侧吹高碳锰铁快速脱碳技术,研究了侧吹熔池内的三维流动特征.对气体喷吹熔池进行实测,以测量结果为基础,用CFD的方法对熔池中气体射流行为进行三维数值计算研究,在计算中考虑了气液相间的滑移和气泡形成阻力对流体流动的影响.研究结果表明:G.A.Irons等有关熔池浸入式侧吹射流的描述方法用于描述金属熔池的射流行为不恰当,为此,对其进行了修正.研究结果表明,修正后浸入式侧吹能更有效吸收气体流股的冲击能量,减少喷溅,熔池中易于形成有利于体系混合的环流,因而有利于高碳锰脱碳过程的进行.     

熔体吹气发泡法制备泡沫铝的准三维数值模拟

为了分析气泡与铝熔体间的相互作用及汽液两相流动特性,提出准三维模型,即用多重参考系法模拟横向桨叶平面,用边界条件模型模拟纵向平面的搅拌过程,并将两种方法进行耦合;应用双流体模犁模拟气液两相流场,标准k-ε湍流模型模拟液相流场的湍流效应.计算结果表明,最大周向速度在桨叶端部附近,桨叶上下方,各形成一个回流区,气体射流作用下,流场内旋涡较强;平均含气率随着气体流率及桨叶转速的增大而增大.     

热态气-液多层桨搅拌槽内的气液分散和传质性能

在直径为0.30 m的不锈钢搅拌槽中,采用半椭圆管盘式涡轮(HEDT)为底桨,上提操作的宽叶翼形桨(WHU)为中、上层桨的三层组合桨,研究了25~80℃范围内气-液两相体系中的气液分散和传质性能。结果表明,气含率随温度升高而明显降低,80℃时的气含率仅为25℃时气含率的58.8%;容积传质系数(kLa)受温度的影响很小,温度从25℃上升到80℃,kLa仅增大了2%,理论计算得出80℃下kLa比25℃下增大4%,与实验值基本相符;依实验数据关联得到不同温度下的气含率和kLa与温度、功率和表观气速的经验关联式以及无因次准数关联式,关联式计算值与实验值误差在±10%以内。通过对比经验关联式中功耗、表观气速和温度的指数可以看出,气含率受温度影响最大,表观气速对气含率的影响大于功耗对气含率的影响;而功耗对kLa的影响最大,功耗影响的指数分别是表观气速和温度对kLa影响指数的2倍和4倍。     

规整填料内鼓泡流动的二维CFD模拟

规整填料内鼓泡流动现象的研究对于开发新型气液传质与反应设备具有重要的指导作用。为此应用VOF（Volume of Fluid）多相流模型建立了描述规整填料内部鼓泡流动现象的二维模型,模型中考虑了影响气液两相流动的两个重要作用力：表面张力和气液相间作用力。模拟计算结果显示,气泡在上升过程中自身振荡,随着入口气速的增大,气泡形变程度增大,并且伴有气泡聚并现象发生。气泡上升过程中,气泡周围液体的速度增大,并且形成大小不同的旋涡结构,单点速度值的波动程度随气体入口速度的增大而增大。     

乙烯环氧化固定床膜反应器性能CFD模拟分析

为了提高乙烯氧化合成环氧乙烷反应体系的选择性，建立了乙烯由膜管进料的固定床膜反应器模型，对其进行了相关的计算流体力学（CFD）计算模拟，并与传统固定床反应器作比较。结果表明：在反应器构型、催化剂、反应条件相同的前提下，相较于传统固定床反应器而言，固定床膜反应器的选择性较高但乙烯转化率和环氧乙烷收率较低；改变操作条件使得两种反应器的选择性相同时，固定床膜反应器中乙烯转化率和环氧乙烷收率较大。据此得出固定床膜反应器较传统固定床反应器更具优势的结论。本文工作为乙烯环氧化固定床膜反应器的放大与固定床膜反应器替代传统固定床反应器的可行性提供了理论基础。     

缩放型导流筒气升式内环流反应器特性——气液两相非牛顿流

主要从气相含率,液体循环速度和体积氧传质系数方面,研究气液两相非牛顿流体在缩放型导流筒气升式内环流反应器的流体力学与传质特性。内导流筒分别采用一种传统圆柱型和三种不同结构参数的缩放型,实验条件为空气－ＣＭＣ两相非牛顿流系统。实验结果表明,与传统圆柱型导流筒相比较,缩放型导流筒气相含率和体积氧传质系数均显著提高。在ＣＭＣ浓度分别为０ｍｇ／Ｌ,１００ｍｇ／Ｌ,１５０ｍｇ／Ｌ及２００ｍｇ／Ｌ的情况下,同