超重力旋转床中气液两相流动与传质过程数值模拟.pdfVIP

第 31 卷 第 5 期 北 京 化 工 大 学 学 报 Vol. 31 , No. 5 2004 年 JOURNAL OF BEIJ IN G UN IV ERSIT Y OF CHEMICAL TECHNOLO GY 2004 超重力旋转床中气液两相流动与 传质过程的数值模拟 许 　明 　张建文 　沈志刚 　陈建峰 　赵 　瑾 (北京化工大学教育部超重力工程研究中心 ,北京 　100029) 摘 　要 : 文中采用基于颗粒轨道模型的欧拉拉格朗日法对超重力旋转床中的气液两相流动与传质进行了数值模 拟研究。在合理简化丝网填料结构和考虑液滴凝并与分散的基础上 ,分别利用 SIMPL E 算法和颗粒轨道模型计算 了超重力旋转床中的气流场和液滴的运动轨迹 , 进而计算了液相的传质系数。数值模拟所得的液相传质系数与氮 气解吸水中溶解氧实验结果符合良好 ,表明模型能够用于模拟旋转床中流体力学和分散相内的传质过程。计算分 析表明 ,对超重力旋转床 ,在一定的转速下 ,液体和气体流量以及填料内径的变化对体积传质系数有重要影响。 关键词 : 超重力旋转床 ; 数值模拟 ; 多相流体流动与传质 ; 颗粒轨道模型 中图分类号: TQ021 引言 况下的传质过程进行了研究。实验结果表明[68 ] , 随着超重力旋转床转子转速的提高 ,传质和反应过 超重力旋转床是近年发展起来的一种新型、高 程得到加强。分析超重力旋转床中的反应传质 ,必 效的强化混合和传质的反应设备 , 目前已广泛应用 须对气液两相流体流动与传质有深入的认识。在前 于气液沉淀反应制备纳米材料、化工反应和分离等 人的流体力学和传质模型中[810 ] ,主要存在三个方 方面[12 ] 。在超重力旋转床内的气液两相流其主要 面的问题 : ①忽略了气相 ,而气相的存在对液体分散 特点在于气液两相逆向接触 ,并在强大的离心力作 相的运动和凝并及分散有一定的影响 ; ②相比于实 用下 ,实现相间和相内的强烈混合与分散 ,使传质过 际的填料丝网的结构 ,模型中对于丝网的处理过于 程得到极大强化。 简化 ; ③没有考虑液滴的凝并和破碎。本文合理地 国内外学者对超重力旋转床进行了大量的实验 简化了丝网的结构 ,并在考虑液滴凝并和破碎的前 研究[38 ] 。Burns 和 Ramshaw [3 ] 利用高速频闪摄影 提下 ,采用欧拉 - 拉格朗日法对超重力旋转床内的 技术研究了旋转床填料中液体的流动形式 ,大致有 气液两相运动进行了研究 ,在此基础上计算了液相 “滴状流”、“孔道流”、“膜状流”三种基本形态。郭 的传质系数 ,并和实验结果进行比较讨论。 锴[4 ]采用电视摄像的办法观测了旋转床中的液体 流动 , 并测定了液体的停留时间。张军[5 ] 和竺洁 1 　超重力旋转床中气液两相流和传质 松[6 ]分别利用高速频闪摄影技术对旋转床内的液 过程的数学模型 体流动进行了同步和非同步观察 ,发现在填料空间 11 　总体物理模型描述与模型假设 [7 ] 超重力旋转床的实验装置示意图如图 1 所示 。 内大量的液体以液滴的形式存在。郭奋 对旋转 床中的液体流动和气相压降及传质特性进行了研 气相由气体进口管 1 进入超重力旋转床外腔 ,在气 究。李振虎[8 ] 对旋转床中逆流和并流操作两种情 体压力的