旋流式鼓泡塔內(nèi)部流場(chǎng)特性研究范文

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《當(dāng)代化工雜志》2015年第四期

1模擬結(jié)果分析

本文通過(guò)CFD技術(shù)中的Fluent對(duì)旋流式鼓泡塔反應(yīng)器流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，再通過(guò)CFD-Post對(duì)其結(jié)果進(jìn)行后處理[11]，得出不同氣速下反應(yīng)器中的速度矢量圖，速度云圖,水的體積分?jǐn)?shù)云圖等并對(duì)其結(jié)果進(jìn)行分析比較，確定最佳的入口氣速。圖3所示為不同入口氣速情況下的鼓泡塔中流體矢量圖分析可以看出：當(dāng)速度為2m/s時(shí)，流體速度在反應(yīng)器底部向兩邊呈漩渦狀分布，漩渦附近流體速度分布密度較大，反應(yīng)器中部向上流體速度分布趨于均勻，旋流效果較差，流體速度為0.9m/s左右;當(dāng)速度為3m/s時(shí)，流體速度在反應(yīng)器底部氣體入口處向兩邊呈漩渦狀分布，氣體入口和出口處的流體速度較大且分布較為密集，反應(yīng)器整體的流體速度有所增大，為1.2~5.5m/s;當(dāng)速度為4m/s時(shí)，流體速度矢量圖類似速度為3m/s時(shí)的速度矢量圖，只是流體速度增大了，為4.5~16m/s；當(dāng)速度為5m/s時(shí)，速度矢量圖類似氣速速度為4m/s時(shí)的速度矢量圖，整體速度增大，為8~23m/s。結(jié)果分析，可以看出鼓泡塔氣速為4m/s時(shí)，流體速度分布較好。

體速度有所增大，為1.2~5.5m/s;當(dāng)速度為4m/s時(shí)，流體速度矢量圖類似速度為3m/s時(shí)的速度矢量圖，只是流體速度增大了，為4.5~16m/s；當(dāng)速度為5m/s時(shí)，速度矢量圖類似氣速速度為4m/s時(shí)的速度矢量圖，整體速度增大，為8~23m/s。結(jié)果分析，可以看出鼓泡塔氣速為4m/s時(shí)，流體速度分布較好。圖4所示為不同入口氣速下的鼓泡塔中速度云圖分析可以看出：當(dāng)速度為2m/s時(shí)，僅反應(yīng)器氣體入口處及其附近有速度，為0.3~1.7m/s；當(dāng)速度為3m/s時(shí)，由于噴管入口處有氣體噴入，因此反應(yīng)器入口處速度較大，且速度由內(nèi)向外依次減小，由于反應(yīng)器出口處壓力為0，反應(yīng)器內(nèi)壓力較大，氣體噴出時(shí)速度會(huì)增大，反應(yīng)器中部速度變小，反應(yīng)器內(nèi)整體速度大小為0.2~5.5m/s;當(dāng)速度為4m/s時(shí)，反應(yīng)器速度矢量圖類似氣速為3m/s的速度矢量圖，反應(yīng)器中部速度達(dá)到6m/s左右，整體速度為2~17m/s；當(dāng)速度為5m/s時(shí)，速度云圖類似氣速速度為4m/s時(shí)的速度云圖，整體速度增大速度為0.5~27m/s,速度波動(dòng)范圍過(guò)大。

結(jié)果分析可以看出鼓泡塔的入口氣速為4m/s時(shí)，流體速度分布效果較好。圖5所示為不同入口氣速情況下的鼓泡塔中水的體積分?jǐn)?shù)云圖分析可以看出：當(dāng)速度為2m/s時(shí)，反應(yīng)器出口處有一小部分部分水的含量很高，為0.9左右，但其它部分水與空氣的含量很均勻，水的含量為0.4~0.5左右，反應(yīng)器內(nèi)水的含量整體分布均勻；當(dāng)速度為3m/s時(shí)，反應(yīng)器出口處有一小部分部分水的含量很高，為0.9左右，由于噴氣管入口處進(jìn)氣，氣速增大了，所以氣體入口處水的含量較低，反應(yīng)器其它地方水與空氣含量較為均勻，水的含量為0.4~0.5左右；當(dāng)速度為4m/s時(shí)，由于噴氣管入口處進(jìn)氣，所以氣體入口處水的含量較低，水的體積分?jǐn)?shù)從反應(yīng)器內(nèi)部向外依次增大，整體水的含量稍大；當(dāng)速度為5m/s時(shí)，由于噴氣管入口處進(jìn)氣速度偏大，所以氣體入口處水的含量偏低，水的含量在反應(yīng)器中從內(nèi)向外增加，且一邊水的含量偏大于另一邊，水分含量不太均勻。結(jié)果分析可以看出鼓泡塔的入口氣速為2m/s時(shí)，流體速度分布效果最佳，氣速為4m/s時(shí)，流體速度分布效果次之。

2不同氣速模擬結(jié)果分析

如圖6所示為不同氣速的軸心速度曲線，由圖可以看出：當(dāng)氣速為2m/s時(shí)，整體氣速非常小，不利于氣液混合；當(dāng)氣速為3m/s時(shí)，中心軸的整體速度比較小氣液混合不均勻；速度為4m/s時(shí)速度最高可達(dá)12m/s左右，氣液混合效果比較理想；速度為5m/s時(shí)，速度減小，有點(diǎn)偏低氣液混合不理想。

3結(jié)論

利用FLUENT計(jì)算軟件對(duì)旋流式鼓泡塔反應(yīng)器中氣速分別為2,3,4,5m/s時(shí)的流場(chǎng)進(jìn)行了模擬，并且利用圖表及各種分析方法進(jìn)行了定性和定量的分析。得到了下面結(jié)果：（1）鼓泡塔的入口氣速為4m/s時(shí)的速度矢量和速度云圖都比其它入口速度的效果好些，入口氣速為2m/s時(shí)的水的體積分?jǐn)?shù)云圖效果最佳，但氣速過(guò)小不利于氣液混合，入口氣速為4m/s效果次之。從整體效果來(lái)看，取鼓泡塔入口氣速為4m/s時(shí)最佳。（2）從不同氣速的軸心流體速度曲線可以看出氣速為4m/s時(shí)氣液混合效果比較理想。

作者：曹喬喬郝惠娣王瑾單位：西北大學(xué)化工學(xué)院