CFD优化下的气体分布器结构对浅层鼓泡塔性能影响深入探讨

本文主要探讨了CFD（Computational Fluid Dynamics，计算流体力学）优化在大型浅层鼓泡塔中的应用，针对管式气体分布器结构对反应器性能的影响进行深入研究。作者李光、杨晓钢和他们的团队在华东理工大学反应器国家重点实验室以及 Glyndŵr University 的 School of Science and Technology 进行了此项工作。 研究的核心内容是针对五种不同的四管气体分布器，这些分布器的特点在于将通气管均匀布置在不同直径的分布环上，环径比范围设定为0.3/0.4/0.5/0.6/0.7 * DT。研究采用了双流体方法和多气泡簇MUSIG模型，对在高表观气速（Ug = 0.1 m/s）下的反应器流型、相含率、液速、湍流特性以及气泡尺寸和混合时间等关键参数进行了细致的模拟分析。 研究结果显示，随着环径比的变化，气含率和混合时间呈现出先增后减的趋势。最优的环径比大约在0.4附近，此时气含率达到最佳。然而，当环径比超过0.5时，鼓泡塔内部会由单循环流动转变为双循环流动，这可能对混合效果产生不利影响，因为双循环可能导致流体混合效率下降。 关键词部分强调了计算流体力学在优化分布器结构中的重要作用，特别关注于浅层鼓泡塔和管式分布器的设计。鼓泡塔作为广泛应用的基础反应器，其设计优化对于化工、环保、生物工程和能源等领域的过程效率至关重要。尽管实验研究已经对均匀通气分布器有所报道，如多孔板和微孔板，但对于非均匀分布器，如单孔、单管、多孔和多管分布器的研究相对较少。Huaque和Nique之前的研究工作表明，单环分布器虽然混合速度快，但气含率较低，因此优化分布器结构以平衡混合效率和气液接触性能是设计的关键。 这篇首发论文通过对CFD模拟的深入分析，揭示了管式气体分布器结构参数对大型浅层鼓泡塔性能的显著影响，为相关领域的设计和工程实践提供了重要的理论依据和技术指导。通过这项研究，研究人员不仅优化了设备的性能，还为行业内其他类似设备的设计提供了宝贵的经验和参考。