气液搅拌反应器内气含率的模拟研究+文献综述(2)
近十几年来，随着计算机技术的快速发展以及流体力学相关理论的不断完善，计算流体力学方法用于气液两相流研究越来越多地受到关注。计算流体力学以计算机数值计算为基础，是对流体流动、传热以及相关现象进行分析的一种研究方法。由于实验不能使搅拌槽内流动的具体过程可视化，因此往往用CFD方法对实验过程进行数值模拟，使槽内的实际现象可视化，给人们一种清晰的认识。随着CFD的快速发展和计算机技术的不断提高，采用CFD 方法对搅拌槽内的流体流动进行数值模拟研究已取得了长足的进步，对单相搅拌槽内流体流动的数值模拟已有大量研究，对于搅拌槽内气−液两相的数值模拟较少，而且多数研究围绕单层的吹冰直叶涡轮桨展开，对于多层桨搅拌槽内两相流问题的数值模拟一直很少。
以龙建刚等[10]和郝志刚等[7]的部分工作为基础,本工作利用商业软件FLUENT，基于Euler-Euler双流体模型，选用三层组合桨(底桨为径向流HEDT[7,10,11]，上两层为轴向流WHU[7,10,11])进行搅拌槽中气液分散的实验研究及数值模拟。
2 文献综述
2．1 气液两相流CFD研究的可行性
近十几年来，随着计算机技术的快速发展以及流体力学相关理论的不断完善，计算流体力学(CFD)方法用于气-液两相流研究越来越多地受到关注。计算流体力学模型基于流场中质量、动量和能量守恒规律，建立反映气-液两相流动的基本流体力学方程组，与经验模型相比有更坚实的理论基础，预测能力强，适用范围广，可用来对反应器的行为进行数值模拟研究，有利于更深入地了解反应器内流动和传递规律，为反应器的优化操作、设计和放大提供理论指导。
用CFD方法研究搅拌槽内的流体力学信息，与实验方法对比有以下两个明显的优点：第一，在计算条件可以保证的条件下，用CFD方法研究基本不受搅拌槽规模、形式及操作条件的限制，具有更好的通用性；第二，用CFD方法可以获取搅拌槽内详尽的流体力学性能，不仅包括宏观特性，还包括各种微结构特性等。随着气-液两相流体力学理论及计算技术的发展，近年来，采用CFD方法对两相流搅拌槽内的流体力学性能进行研究也有了较快的发展。两相 流 流 体问题远比单相流体复杂得多，两相流体既有连续性质的流体，又有离散性质的颗粒，对两相流数值模拟的方法大致可分为两类，即Euler-Lagrange方法[12,13]和Euler-Euler方法[14-17]。两种方法的共同点是把液相看成连续相，在Euler坐标系下处理，建立统一的连续、动量、能量方程来求解：不同点是处理气相的方法：(1) Euler-Lagrange方法把气相看成离散相，通过连续相流场的信息及相间相互作用来跟踪离散相的特性，当离散相的体积分率较大时，其计算量非常大，因此该方法主要适用于离散相体积分率较小的流动问题，如单个气泡或少量气泡的流体力学行为的分析方面；(2) Euler-Euler方法把气相看成拟连续相，用一套类似于连续液相的方程去描述其特性。该方法既可以模拟单一气泡尺寸的气-液流动，又可以模拟带有尺寸变化的气流两相流流动，并且可以根据计算条件和实际要求来选择合适的模型，所以该方法广泛应用于较多气泡或较大气量的气-液两相流的鼓泡塔、搅拌槽的模拟中。
2．3 气液两相流的CFD研究小结
对于单一气泡假设的气-液两相流搅拌槽内的 CFD模拟已经有了一定的研究基础，主要研究集中在单层吹冰直叶涡轮桨的气-液两相流流场的模拟上，随着工业装置的大型化，多层桨应用的越来越广泛，但这方面的现有模拟仍很少，而且多数集中在宏观量的比较上；对于 PBM 模型的气-液两相流的研究近年来不断增多，但搅拌槽内的模拟还很少；特别是局部气含率、气泡大小分布等微观量的模拟仍很缺乏，需要更深入的研究。