非牛顿流体气液两相流的实验研究与数值模拟

作     者：郭晓攀 

作者单位：华东理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：龙湘犁

授予年度：2015年

学科分类：080706[工学-化工过程机械] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：计算流体力学 非牛顿流体 搅拌槽 气液两相流 混合 

摘      要：搅拌反应器在化工领域应用广泛,本文以多层桨搅拌反应器为研究对象,对不同溶液中的气液两相流进行了实验研究与数值模拟。考察了CMC浓度、桨型组合、通气量和搅拌转速对通气功率、气含率和体积氧传质系数的影响。结果表明,在相同操作条件下,随着CMC浓度的增加气含率和体积氧传质系数减小;下压组合桨的气含率高于上翻组合桨,功率消耗受粘度影响小;BTD+2HDTd组合桨体积氧传质系数高于BTD+2KSXd。综合考虑,BTD+2HDTd组合桨的传质和混合特性最佳。考察了气体分布器对CMC介质中通气功耗和气含率的影响,得出微孔分布器比圆环分布器更有利于气体分散。研究结果为工业反应器的设计与放大提供了基础数据,具有一定的参考价值。对新型组合桨BTD+2HDTd进行了单相模拟,计算得到的功率准数与搅拌功率略高于实验值,偏差最大不超过5%。对于气液两相流的模拟采用CFD和PBM耦合求解。采用多重参考系法和SST湍流模型计算,采用默认的曳力模型模拟的气含率较低,改用修正的Symmetric曳力模型得到的总体气含率和功率消耗与实验结果基本吻合。此外,模拟还得到了大量实验条件下难以测量的局部信息,如宏观流场、表观粘度分布、气含率分布等,直观地探究了反应器内的流体混合状态。