氣液界面?zhèn)髻|機理解析模型構建及數(shù)值模擬研究.pdf

1、氣液界面?zhèn)髻|過程廣泛存在于攪拌釜、鼓泡塔、氣升式環(huán)流反應器、精餾塔、萃取塔、撞擊流反應器等單元設備中。理解氣液界面?zhèn)髻|過程對于設計和優(yōu)化這些單元設備具有重要意義，但目前關于氣液兩相傳質過程的理論尚不完善，現(xiàn)有的理論模型仍存在不足。例如，經(jīng)典的傳質模型（滲透理論模型、表面更新模型等）過于理想化、一些模型參數(shù)(如表面暴露時間)不能準確測量等。因此，這些模型在實際應用時常有較大局限性。
　　本文首先推導、構建了氣液界面?zhèn)髻|機理解析理論模

2、型。使用特征線法，以二維非穩(wěn)態(tài)對流擴散、傳質方程為出發(fā)點，推導了一個新的傳質系數(shù)模型。該模型在全能譜范圍內(nèi)考慮了不同尺度流體微元對傳質速率的貢獻，可用于預測湍流條件下液相側傳質系數(shù)。前人模型大都采用所有渦旋均可抵達氣液界面的假定，但本文經(jīng)過分析認為，該假定未考慮不同渦旋抵達界面概率的差異性，因而不合理。本文引入了渦旋抵達界面的概率密度分布函數(shù)，可以不再采用上述假定。此外，本文還考慮了湍流中不同尺度渦旋數(shù)目密度、氣泡尺寸、氣泡表面變形與擺

3、動對傳質過程的影響。非穩(wěn)態(tài)模型預測的平均傳質系數(shù)與文獻報道實驗數(shù)據(jù)吻合良好。然后，使用數(shù)值模擬方法對氣液界面?zhèn)髻|過程進行了研究。從氣液兩相三維對流、擴散方程著手，推導了一個新的描述氣液界面?zhèn)髻|過程的單流體濃度輸運模型。為求解這個三維傳質模型，本文使用了有限體積法來對其進行離散，并使用VOF法來跟蹤氣液界面。同時，本文使用開源軟件OpenFoam為平臺，開發(fā)了上述三維傳質模型的求解器程序，并采用PIMPLE算法來求解速度與壓力耦合方程。運