機械108李小龍自動涂膠機——外文翻譯譯文

1、空氣-水環(huán)流結(jié)合數(shù)值模擬的實驗研究外部環(huán)流反應器（ ELALR ）是由被相互連接的兩個橫向管和通常優(yōu)于傳統(tǒng)的鼓泡塔反應器，因為它們可以工作在更寬的條件范圍內(nèi)的兩個垂直柱的變形泡罩塔反應器中。在本工作中，在一個ELALR氣液流動動力學使用二維（2D）的歐拉 - 歐拉合奏平均法進行了模擬和三維（3D）坐標系。計算流體動力學（CFD）模擬，從10.2厘米直徑的ELALR為表觀氣速范圍從1cm /秒至20厘米/指定的平均氣泡直徑來表示在氣相中的s.The效果進行了比較，實驗測量CFD模擬進行了調(diào)查，并2D和3D模擬被認為是與實驗數(shù)據(jù)吻合得很好。該ELALR流型進行比較的反應器中氣泡塔運行時，關閉通風口

2、，并打開通風口模式和二維模擬定性地預測氣泡生長在降液管中的行為。然而，人們發(fā)現(xiàn)，三維模擬是必要捕捉ELALR的物理特性對氣含率，體積密度差異，而提升管的空塔液速。DOI: 10.1115/1.4003424關鍵詞：氣升式反應器，氣泡流，計算流體動力學，氣含率，流體力學1引言氣升式反應器被廣泛地由于其優(yōu)良的熱與質(zhì)量傳遞特性，結(jié)構(gòu)簡單，易于操作的使用在許多生物處理應用，如合成氣發(fā)酵和廢水處理1。氣升式反應器的兩種基本分類是內(nèi)部循環(huán)和外部的環(huán)管反應器。內(nèi)部回路反應器是一種改性的泡罩塔（BC ），該已被細分為一個提升管和降液通過加入一個擋板或?qū)Я鞴艿摹Ｍ獠凯h(huán)流反應器（ ELALR ）是由一個立管和一個

3、是與兩個水平連接器（參照圖1 ），由此提升管被放氣連接在一起的降液管的，而在降液管是沒有的。如在提升管和液體在降液管中的氣泡的混合物之間的密度差的緣故，液體循環(huán)的發(fā)展2。氣升式反應器優(yōu)于傳統(tǒng)的泡罩塔反應器由于定向井液循環(huán)，從而有利于對剪切敏感的生物的培養(yǎng);作為一個結(jié)果，這些反應器被廣泛用于生物化學工業(yè)3。氣升式反應器流體力學進行了實驗和計算研究了擴大規(guī)模和設計考慮。在氣升式反應器滿度試驗是昂貴的，因此，更符合成本效益的方法是通過使用經(jīng)過驗證的計算流體動力學（CFD）模型。已經(jīng)有進行實驗 4-12 廣泛的研究，并進行了計算 3,8,13 一些研究，提供了一個更好地了解外部環(huán)流反應器流體力學。 B

4、entifraouine等。 4研究了一種氣 - 液分離器和液體高度上ELALR的全局動力學參數(shù)的影響。該研究顯示，兩個開口在提升管和降液管之間的最佳連接點能夠加倍液體循環(huán)速度，并降低30的氣含率。 GAVRILESCU和Tudose 6觀察到降液管到提升管的橫截面面積之比影響氣含率由于液體循環(huán)速度的幾何比率的影響。 Merchuk和Stein 7測得的局部氣含率和液體再循環(huán)率在氣升式反應器中，并確定所測量的液體的流速和氣體流量之間和本地氣體速度和該混合物的總流速之間的關系。斯內(nèi)普等。 5進行了實驗，研究液相性質(zhì)和分布器的設計在一個ELALR的影響，并發(fā)現(xiàn)該朱伯和芬德利漂移流模型適合提升管氣含

5、率數(shù)據(jù)的異質(zhì)流型，但未能預測氣含率數(shù)據(jù)的過渡流動制度。 Dhaouadi等。 9 計算流體力學和在ELALR傳熱實效果，并發(fā)現(xiàn)，增加固含率導致了液體的速度和熱t(yī)ransfer.Other研究人員，如Zhang等人的減少。 10及彩12測量的不同的反應器結(jié)構(gòu)和操作條件上的外部環(huán)流反應器的流體動力學參數(shù)的影響。例如， Choi等人 12 發(fā)現(xiàn)增加降液管到提升管的橫截面面積之比增大了液體循環(huán)速度和降液管的氣含率和降低提升管氣含率和混合時間。對于計算研究，兩種方法通常用于鼓泡塔的預測是歐拉 - 歐拉模型或歐拉 - 拉格朗日模型。歐拉 - 歐拉模型將分散的（氣泡）和連續(xù)（液）相如互連續(xù)體，并描述在文獻1

6、418歐拉框架氣相和液相的議案。在歐拉 - 拉格朗日模型中，連續(xù)相是在歐拉表示描述，而分散相被視為離散的氣泡，每個氣泡通過解運動方程為單個氣泡19-21跟蹤。作者22預viously表明，通過使用歐拉 - 歐拉twofluid模型，氣含率和氣體速度的預測是較好的一致性與文獻報道的鼓泡塔流實驗，提供適當?shù)耐牧髂Ｐ秃途W(wǎng)格分辨率被使用。外部環(huán)流反應器采用歐拉 - 歐拉模型 3,8,13 的數(shù)值模擬進行了調(diào)查，并沒有發(fā)現(xiàn)文學上的氣升式反應器流體力學歐拉 - 拉格朗日模擬。 Wang等人。 8 進行使用歐拉 - 歐拉方法的圓柱形外循環(huán)氣升式反應器的二維穩(wěn)態(tài)模擬和顯示，側(cè)向力和相間動蕩對預測流體動力學行為

7、不可忽視的影響。此外，曹等人。 13進行的矩形外部環(huán)流反應器的三維瞬態(tài)仿真和得到的預測動力學參數(shù)和實驗之間良好的一致性，但在高氣體流速制度。 Roy等人。 3 進行了圓柱形ELALR三維穩(wěn)態(tài)模擬，發(fā)現(xiàn)在CFD歐拉 - 歐拉預測氣含率，液體軸向速度和混合時間與實驗結(jié)果之間的協(xié)議。但應注意的是， Wang等人8和Cao等。 13除了數(shù)值模擬進行的實驗。在本工作中，在一個ELALR氣液流動動力學在2和3 dimensions.The席勒-瑙曼阻力系數(shù)模型使用CFDLib23是用于模擬的，以及所采用的湍流模型可以是與氣泡的氣泡壓力模型誘發(fā)動蕩（BP+比特）24,25或多相K-_模型26,27根據(jù)流動制

8、度。適當?shù)挠行У臍馀葜睆绞腔趨?shù)化研究，二維和三維模擬的表觀氣速決定。時間和空間的平均氣含率在提升管和降液管從模擬計算和比較，以實驗測量為同一geometry.Predictions為提升管表觀液體速度和體積密度的不同的ELALR也與實驗進行比較。目的是驗證與實驗數(shù)據(jù)的模擬，以確定一組合適的模型參數(shù)和混合比反應器的操作模式。2實驗方法在本研究中使用的ELALR的示意圖如圖1所示。該ELALR包括兩個主要部分，一個2.4米澆鑄丙烯酸冒口與10.2厘米內(nèi)徑（ID）和一個2.4米澆鑄丙烯酸降液用2.5cm內(nèi)徑，基于所述橫截面區(qū)域AR= 1的縱橫比/ 16。降液管和立管部分都具有兩個13.3厘米長，

9、2.5厘米內(nèi)徑連接丙烯酸管位于H= 5到127厘米，其中H為反應器高度曝氣板的上方。最初unaerated液面高度為H142.2厘米（14冒口直徑）的所有實驗。氣體通過具有被均勻地分布在整個板面積，以產(chǎn)生2.22的開放區(qū)域比率1毫米直徑的孔的不銹鋼板分配器注入在提升裝置底座。氣體正壓室位于曝氣板塊之下，充滿了大玻璃珠（即大理石），以促進氣體均勻分布到立管。提升管和降液管部分的頂部連接在一起，用球閥（閥乙圖1中的），因為它們進入塔放空，這允許氣體流動的可能性了降液管。的閘閥（圖1中閥A）是安裝在降液管部分的中間，這樣，當關閉時，ELALR近似于半間歇鼓泡塔。因此，降液管3的配置是可能的并且在本研

10、究中所引用：兩個降液管閘閥和泄關閉（BC模式為泡罩塔），所述閘門閥打開，排氣閥關閉（封閉vent_ CV模式，并且兩個閘閥口是否打開）OV模式開vent_。兩個質(zhì)量流量計，用于測量氣體流速以覆蓋低和高氣體流速范圍內(nèi)，在那里氣體被過濾的壓縮空氣。兩個壓力傳感器被安裝在立管和位于H = 10.2厘米和110.5厘米。的傾斜U形管壓力計連接到與位于H = 5厘米， 67.13厘米連接降液管部分。該質(zhì)量流量計和壓力換能器被連接到一個計算機控制的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。平均進氣流量和提升板部的壓力是從在1000 Hz.Gas滯留在提升管部分（ _GR ）的頻率取在2秒間隔測量計算出被測量的兩個壓力傳感器之間，并且

11、從反應器中的壓力降來確定假設加速度影響可以忽略1。正如由Merchuk和Stein 7 ，加速度通常貢獻不到1 的總氣含率的測量。在非常高的氣體流速，加速效果將占到總氣含率的2-3 。由于最大表觀氣體速度為20厘米/秒，而忽略加速度的影響是合理的。因此，在該反應器中的總壓力降對應于靜水壓頭;在這種情況下，其中_P是在兩個壓力傳感器的平均局部壓力之間的差值時Ug_0和_PO是相應的平均壓力差時高層=0（即，該液體靜水壓頭）。氣含率在下降管部（_d）是使用傾斜的U形管壓力計測量，并通過在壓力計的水柱高度的變化，假設加速度的影響可忽略不計測定。表面液體速度（UL）是跟蹤在本研究中剩余的水動力參數(shù)。因

12、為UL不能被直接測量，它是從線性液體速度（VI）中，氣含率的知識來確定。降液管的液體空塔速度（ULD）的測定使用示蹤技術測定的降液管的液體的線速度（VLD）和數(shù)學關系，以可測量的VLD轉(zhuǎn)換為ULD通常完成的。示蹤技術是基于確定它需要一個給定的示蹤劑的旅行的一組距離的時間。對于這項工作，氯化鉀鹽作為示蹤劑被選中，和導電性的電極，用于測量它需要一個注射鹽溶液的旅行過去的兩個固定位置在降液管28,29的時間。的表觀液體速度在下降管（ULD）和立管（ULR）由以下分析計算關系1：其中V¯ld的是三次獨立實驗，每個實驗涉及采取的興趣和_gd氣體速度是對應的降液管的氣含率50 VLD數(shù)據(jù)點的平均

13、值。需要注意的是在50次測量結(jié)束時，系統(tǒng)排干，沖洗和再充滿淡水，并且50Vld測量的平均值通常變化小于2。測量不確定度估計繼Figliola和比斯利30提供的方法。與本科有關的典型的不確定性是_1-5，而對應于最低的速度測量較大的不確定性。對應的絕對氣含率的不確定性估計約為_0.001-0.015。其他實驗細節(jié)可以在別處找到29。3數(shù)值配方3.1控制方程。該代碼CFDLib，在洛斯阿拉莫斯國家實驗室23,31開發(fā)了一種多相仿真庫，用來解決在這項研究中兩相流動控制方程。雙流體歐拉 - 歐拉模型被用來表示每個相作為連續(xù)體的互穿，并且守恒方程質(zhì)量和動量的每個階段都合奏平均。變量_代表無論是連續(xù)_li

14、quid water_相c或分散（氣泡）階段D。相連續(xù)性方程_，而忽略了傳質(zhì)，是相動量方程是_其中標識了相位相反。該條款對等式的右邊。 4表示，從左至右，壓力梯度，有效的剪切應力，界面動量交換（拖動和虛擬質(zhì)量力），以及重力。封閉模型界面動量交換和湍流效應我們接下來討論。3.2界面動量交換。公式中的界面動量交換條件。 4為每個階段包括阻力和虛擬質(zhì)量力條款。用于氣體（d）和液體的動量交換系數(shù)（C）階段被建模為其中CD為阻力系數(shù)。虛擬質(zhì)量力有限體積法模擬成和0.5的系數(shù)被用于球形氣泡32。虛擬海量力模型的質(zhì)量慣性加入到液相的氣泡通過液體的連續(xù)移動。建議席勒和瑙曼風阻系數(shù)模型33是落實到CFDLib，

15、其中，Re=_c_ud-uc_db/_c是根據(jù)一個特征（有效）氣泡直徑，兩相之間的滑動速度，液體密度與液體的動態(tài)粘度的氣泡雷諾數(shù)。3.3湍流模型。湍流度的連續(xù)相和分散相是基于由第一柏等人提出的標準的多相的k-_方程的變形形式。 23和由Padial等進行詳細說明。 27來計算湍流在一個slipproduction能量項的形式，在氣 - 液界面。改進的K-_方程式在這里只用于高氣速流動，如由文獻22在以往的工作。的方程湍流動能和湍流耗散，分別是再次，下標_和代表兩個不同的階段。前三個方面對等式的右邊。 8 占湍流動能的擴散，平均流剪切生產(chǎn)湍動能和衰減。這些條款是相同的，出現(xiàn)在單相湍流 34 術語

16、。公式中剩余的兩個詞。 8 為生產(chǎn)洶涌能量從階段和湍流能量的階段之間交流之間的滑動。前三個方面對等式的右邊。 9帳戶的湍流擴散，平均流速梯度產(chǎn)生項，并均勻耗散項，分別為。最后一組等式條款。 9 描述了生產(chǎn)湍流耗散的界面動量傳遞的效果（參見式（ 5 ） ） 。湍流參數(shù)正在使用K- _湍流模型，標準的經(jīng)驗值設定，其中C1_ = 1.44 ， C2_ = 1.92 ， C_ = 0.09 ， _ = 1.0 ，和_ = 1.3 34 ，進一步的細節(jié)已經(jīng)由律師等討論人。 22。3.4泡沫壓力模型。氣相壓力由動能和勢能壓力的貢獻，這里的動壓只在低氣體體積分數(shù)或低進口氣速35重要的。氣泡動力學壓力表示從所

17、引起的連續(xù)液相，氣泡之間的碰撞，并且氣泡與液體的連續(xù)體之間的流體動力學相互作用氣泡速度波動產(chǎn)生的動量的輸送。的BP模型指的是氣相的動力學壓力。 Batchelor的35提出的粒子動能壓力是基于粒子的速度波動為氣 - 固流化床。同樣，Biesheuvel和Gorissen24提出了形式的氣液流氣泡壓力模型梯度DPD/D_D被添加到氣體動量方程的右手側(cè)。 （4）當_= D。 DPD/的正值D_D充當泡沫的推動力量，從更高_D地區(qū)轉(zhuǎn)移到低_D領域，并促進了泡狀流政權(quán)的穩(wěn)定。虛擬質(zhì)量系數(shù)的CBP為一個孤立的球形氣泡為0.5，在這個分析中使用。氣泡壓力成正比的滑移速度和氣體滯留量。在緊密堆積_dcp的氣

18、含率被設定為等于在該研究1.0。的BP模型采用與位模式來獲得數(shù)值穩(wěn)定性和只用于低表觀氣速流（通常是均勻流動），如先前由作者22所示。 Sato等人。 25提出了一種位模式成正比的氣泡直徑和上升的氣泡滑移速度，當比例常數(shù)CBT的值是0.6。方程18被代入方程8和9時，位模型被應用。該BIT模型產(chǎn)生在液體（連續(xù)相），這是連續(xù)相，并從位模型計算的湍流粘度的分子粘度的總和的有效粘度，而對于分散相的有效粘度假定為等于分散相的分子量的粘度。3.5模擬條件。 CFDLib36使用了finitevolume技術來集成運動支配多相流的隨時間變化的方程。該代碼是基于一個任意拉格朗日 - 歐拉（ALE）方案，如所述

19、的用Hirt等人。 37。該名稱是指該計劃的靈活性，這允許網(wǎng)格要么被沿著與所述流體（拉格朗日）移動時，保持在一個固定的位置（歐拉），或者在另一方式為用戶選擇要移動的。該進修計劃，是專門用來處理在任何速度下流動，包括不可壓縮流動和高超聲速流動，而且它允許多流體和多相計算流體等多個領域的標記和細胞（MAC）的任意數(shù)量的方法已在CFDLib被選為模擬不可壓縮的氣液二相流。時間導數(shù)離散化是一階，和空間導數(shù)的離散化是二階。模擬是使用一個固定的網(wǎng)格進行計算，并將計算域被選擇，以匹配實驗conditions.Referring圖。如圖1所示，幾何選自H仿照= 0（正上方的通氣板），以排氣孔B的底部的計算入口

20、條件假定均勻入口速度UG，它等于淺表入口氣體速度來近似的實驗條件下大量的均勻分布的孔。無滑移和流出條件適用于壁和柱的頂部，分別。如果排氣孔是關閉的，無滑移條件被應用;否則，該流出的條件是用于在出口處的排氣口開氣升式反應器中。一種有效的氣泡尺寸分貝，這取決于表觀氣速，用于表示分散的氣相。收斂標準設置為1_10-8的變化在每一個因變量的殘差和模擬使用一個自適應時間步長，以進軍該解決方案邁進。流達到偽穩(wěn)態(tài)后20秒;所有時間平均包括從20秒結(jié)果到90秒，總共7000實現(xiàn)。該模擬是在1厘米/秒進行5厘米/秒，10厘米/秒，15厘米/秒，20厘米/秒淺表入口氣體速度。4結(jié)果與討論4.1 BC研究。 BC模

21、式仿真進行僅售立管塔;如所提到的，在外部循環(huán)氣升式反應器近似于半間歇鼓泡塔時，這兩個閥A和泄B被關閉。對于BC的研究中，計算模型進行測試，以確定選擇的有效氣泡直徑，湍流模型的影響，和2D與3D domains.The 2D和3D的計算域所使用的笛卡爾坐標系，其中所述的二維域表示模擬了立管的中心平面上。以前由律師等人進行鼓泡塔流場模擬進行了廣泛的網(wǎng)格精度的研究。 22。在此， 2D模擬使用13,333 singleblock結(jié)構(gòu)單元與_x = 0.408厘米和_z = 0.45厘米，而3D網(wǎng)格使用48,000多塊結(jié)構(gòu)化細胞_x = 0.40-0.50厘米， _y = 0.40-0.50厘米的細胞

22、大小的變化，并_z = 0.8厘米在網(wǎng)格邊緣_x和_y躺在水平面上，并_z是在垂直方向上。一個典型的2D模擬使用平均時間步長為0.004 s和0.002 S表示三維模擬。是平均氣含率預測的二維和三維模擬與實驗進行比較，如圖所示。 2，該圖中的誤差棒表示的氣含率測量的最大的不確定性，并僅示出用于與CFD計算相關聯(lián)的情況下，盡管它們適用于所有的實驗數(shù)據(jù)點。應當強調(diào)指出，誤差棒代表在所測量的氣含率的最大的不確定性，但在大多數(shù)情況下，這種不確定性包括一個較小的range.The選擇有效的氣泡直徑大小是通過實驗觀察，其分別為0.4厘米之間引導0.5厘米和變大時，表面上的入口氣體速度increased.A

23、s起點，在二維模擬所使用的有效的氣泡直徑為0.4厘米高層= 1厘米/ 秒，5厘米/秒，和10厘米/秒; DB = 0.5厘米高層= 15厘米/ 秒;和db = 0.6厘米高層= 20厘米/ 秒。表觀氣速指引，湍流模型是合適的;在圖中所示的模擬。 2采用多相K- _模式，除非另有規(guī)定。根據(jù)流態(tài)映射由Shah和Deckwer _38_ ，在10.2厘米直徑的立管的氣 - 液流量可表征為均勻的流動（ UG5厘米/ 次） ，過渡流（ 5_Ug10厘米/ S），或一個段塞流（ Ug_10厘米/ 次） ，根據(jù)不同的膚淺的進氣速度。圖2示出了模擬預測的實驗以及在高層=1厘米/ S使用的BP + BIT模型，

24、也就是預期的均勻流22。總體而言，2D的預測吻合的實驗，除了在高層=5厘米/ s，它被認為是一個過渡性的流動狀態(tài)38。這兩種湍流模型，對BP+比特模型和多相K-_模型，在5厘米/ s的氣流速度進行了測試。相比于多相K-_模型BP+比特模型預測一個稍大的氣含率，但既不2D情況比較良好的實驗。另外，用于本科有效氣泡直徑=20厘米/ s是比在實驗中觀察到的更大。這些潛在的錯誤的結(jié)果激勵使用3D域來確定湍流模型和有效的氣泡直徑如何影響預測進行模擬。參數(shù)化研究的三維模擬開始尋址使用2D領域的高層= 5厘米/ S中的可憐的預測。同時測試BP +位模型和第k _模型中，人們發(fā)現(xiàn)，使用BP + BIT中的三維

25、模擬定量地比較與實驗數(shù)據(jù)，如圖所示。 2.However ，采用第k _模型的仿真沒有產(chǎn)生穩(wěn)定的溶液，這表明該5厘米/ s的過渡流是計算模型非常敏感，如圖Law等人。 22。使用3D模型四個附加的情況進行了模擬。對于高層= 10厘米/ s時， 3D模擬underpredicts實驗氣含率。在高層= 15厘米/ s時，三維仿真稍微用分貝underpredicts實驗= 0.5厘米，而對于高層= 20厘米/ s時，模擬略微使用0.6厘米的有效氣泡直徑相比overpredicts測得的氣含率二維模擬。最后兩個結(jié)果進一步證實，采用實驗觀察中的有效氣泡直徑是重要的。在高層=15厘米/ S為二維和三維模擬

26、在曝氣板的上方立管3垂直位置的平均氣含率剖面示于圖3，2D仿真結(jié)果表明隔水相望列，它類似于氣含率趨勢均勻流更均勻的氣含率。與此相反，三維氣含率訪問更拋物線，預期此多相流型。此外，氣含率分布與2D和3D模擬增加高度收斂，因為氣 - 液流動變得完全是由3D模擬為BC模式預測發(fā)達。拋物線氣含率分布也與實驗結(jié)果由喬希一致39。4.2 ELALR配置模式。三ELALR模式的比較研究。該模擬是在高層= 10厘米/ 個二維笛卡爾坐標系中進行。我們的目的是要了解反應器具有不同的降液管的配置操作中的流體動力學。 ，分別為圖4_a_ - 4_c_目前瞬時氣含率的BC ，CV和OV配置模式。瞬時氣含率顯示出在液體床

27、的軸向振蕩的所有modes.Note即在軸向方向上觀察到的振蕩轉(zhuǎn)換為橫振蕩，如果垂直位置是固定的，并以時間序列進行記錄。為CV和OV模式，一個大氣泡區(qū)域被觀察到在降液管中為H = 127厘米橫向連接器的附近。 CV模式，在該排氣口B閉合，使在上部連接器的富含氣體的口袋，因此較高的提升管高度（約H = 190厘米） 。在OV模式，其中兩個閥A和發(fā)泄B是開放的，允許在降液管中氣泡的形成和流通，從而降低了立管高度。如圖。5和6的簡歷和OV模式，分別靠近降液管的上部連接類似氣泡的形成進行了實驗觀察，定性與氣含率的CFD預測比較好。實驗和仿真結(jié)果表明，蜿蜒的氣泡羽流流經(jīng)的簡歷和OV模式冒口列。在CV模式

28、（圖5）所示，當排氣口被關閉時，一個大的氣泡形式在上部連接器附近的降液管和從通過連接器行進，并通過降液管的上升限制液體。比較圖。 5和6中，氣體氣泡顯著降低時，排氣口是打開的（OV模式）的連接器附近，此外，在OV模式導致更好的通過上部連接器混合，由此液體的移動和膨脹通過降液管。這是特別令人鼓舞的是，2D模擬定性比較非常好，圖中的實驗。 5和6，因為流體動力學是非常復雜的。4.3 ELALR OV模式研究。二維和三維計算域模擬為一系列表觀氣速與實驗的外部環(huán)流反應器中進行比較。的2D域是用7574多嵌段結(jié)構(gòu)的細胞與_x=0.408-0.50厘米和_Z=0.90至1.25厘米，并在3D域是使用多嵌段

29、結(jié)構(gòu)的細胞與離散_x=0.408-0.50厘米，_y=0.408-0.50厘米，離散和_z= 1.0厘米由于三維幾何的復雜性，連接器和降液管被近似為矩形管與2.215_2.215平方厘米的正方形橫截面面積，節(jié)約了實驗的相應直徑為2.5厘米的截面積（參照圖1）的。圖7比較平均氣含率的二維和三維模擬與實驗在OV模式不同的表觀氣速為ELALR 。的氣泡的直徑被選擇為基于圖中所示的結(jié)果中的每個入口的氣體速度。 2，預測均符合雙方的立管和下降管的實驗，除了3D模擬在高層= 10厘米/ s，這是一個過渡性的流動狀態(tài)，據(jù)此計算模型不執(zhí)行以及良好的一致性。對BP +比特模式被雇用在高層= 1厘米/ s和5厘米

30、/秒，而多相K- _模型采用更高的表觀氣速（參見秒， 3.3和3.4 ） 。作為進一步的比較，上升管表觀液體速度示于圖8為模擬和實驗。如圖所示，該三維模擬更好地預測冒口表觀液體速度，因為它更好地捕獲在提升管目視觀察，從而影響了液體提升管速度的復雜的三維流體動力學。當ELALR是在OV模式操作時， ULR增大到最大值，然后急劇減小本科增大， ULR最終成為獨立本科的。三液體流動狀態(tài)可以被識別為工作在OV模式： （）的自由流動，（）受限流，以及（iii）完全受限制的流動。在自由流動的制度，大幅ULR與UG，對應的快速上漲_GR和一個更小的上升_gd （見圖7 ）增加。因此，當Ug3.5厘米/ 秒，

31、 ULR主要是堆積密度差的函數(shù)，并且這個觀察同意由他人 6,40-43 給出了實驗結(jié)果。Joshi等人。44描述了如何在立管和下降管驅(qū)動力的差異可能與液體循環(huán)。當松密度差（_GR-_gd）被繪制為ULR的函數(shù)的驅(qū)動力和液體循環(huán)之間的關系變得很明顯。其結(jié)果是，圖9是在確定液體流態(tài)及其轉(zhuǎn)換點有用的。圖9示出了轉(zhuǎn)變，從不受限制的流動狀態(tài)，以受限制的流動狀態(tài)發(fā)生在Ulr_3.7厘米/ s，這大致對應于氣泡的形成是觀察在downcomer.Increasing本科在受限流動狀態(tài)的結(jié)果在該點在ULR的減少和增加容重差異，違背了觀測的自由流動regime.Hence，當ULR是流動損失，幾何和動力的功能，流

32、量損失被認為是在主宰流量限制的制度。在限制制度的流動損失的主導地位，是因為固定的氣體氣泡生長在降液管，這將導致流量損失隨本科迅速增加。最初，作為固定氣泡開始生長（3.5 UG5厘米/ s）時，有效面積比減小，在相當于圖中所示的ULR本地最大的降液管創(chuàng)建阻扼流動條件。 9，此外，作為本科繼續(xù)增加（5Ug10厘米/ s）時，氣泡的長度在靠近上連接器的增加的降液管，直到它到達其最大長度在高層=10厘米/ 秒。在此制度固定的氣體氣泡的長度變化是由于從降液管壁液體分離的增加，堆積密度差異而在降液管的初始流動限制的結(jié)果。因此，即使在驅(qū)動力的增大，流動損失增加更快本科引起ULR下降。從本質(zhì)上講，降液管流成為

33、哽咽。如該圖所示。 8 ， ULR繼續(xù)與本科增加，由于固定的氣體氣泡的發(fā)展和增長下降，直到最大靜止的氣泡尺寸為止。過渡是很容易識別的圖。 9 ，當驅(qū)動力變得獨立ULR （ _2.3厘米/秒） ，這對應于大約高層= 10厘米/ 的S發(fā)生。在這些條件下，在降液管中的液體流動被充分堵塞和ELALR流體動力學是相似的鼓泡塔中。一般來說，模擬是在除了在過渡流態(tài)（例如，高層= 5厘米/ S）與實驗結(jié)果吻合較好。三維模擬定量更好地比較與比2D模擬了所有入口氣體速度的實驗。這些結(jié)果闡明采用三維模擬為模擬和實驗圖之間的復合反應器geometry.The好比較的重要性。 9進一步肯定了在這項研究中所使用的CFD模

34、型的有效性，特別是當系統(tǒng)工作在不同的流態(tài)。5結(jié)論在外部環(huán)流反應器的氣 - 液流體動力學是在二維和三維直角與席勒 - 瑙曼風阻系數(shù)模型坐標使用CFDLib模擬。湍流模型的選擇對BP +比特或多相K- _模型和參數(shù)研究為適當，有效的氣泡直徑進行了審議。在氣升式反應器中不同的降液管的配置操作的模擬進行了研究，并且氣含率進行了比較實驗測量。對于鼓泡塔模式，二維數(shù)值預測同意與實驗，除了在高層= 5厘米/ s，它被認為是一個過渡性的流動狀態(tài)。在模擬中使用的有效的氣泡直徑被認為是接近實驗觀察（內(nèi)0.4厘米和0.5公分） ，而當一個三維域被執(zhí)行的仿真這個概念被進一步證實?？梢缘贸鼋Y(jié)論，在執(zhí)行2D和3D仿真時，

35、必須謹慎，指定有效的氣泡直徑時考慮，尤其是在高流速。在一個開放的發(fā)泄方式被發(fā)現(xiàn)的ELALR類似的調(diào)查結(jié)果為氣泡直徑和湍流模型。的氣泡的直徑增加，表觀氣速增加的ELALR，這定性地對應于實驗observations.Three液體流動狀態(tài)為無限制，限制，并且完全受限制的流動是由氣泡在上部連接器，這是一個附近的降液管產(chǎn)生功能膚淺進氣速度?？偫ǘ?，3D外部環(huán)流反應器模擬比較良好，尤其是對于立管表觀液體速度的實驗相比，對應的二維模擬。這一觀察結(jié)果表明，通過三維模擬拍攝的方位流改善，實驗的數(shù)值預測。承認作者謹向他們贊賞計算設施在弗吉尼亞理工學院和州立大學的計算機和技術支持。命名法希臘字母標參考文獻_1

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