鼓泡塔
關注創(chuàng)建者：Oler 創(chuàng)建時間：2019-06-15
鼓泡塔的視頻教程
基于歐拉多相流模型的鼓泡塔模擬
1. fluent 歐拉多相流模型仿真基本通用流程，各種多相流模型介紹； 2. 各種相間相互作用模型介紹； 3. fluent后處理過程； 4.提供源文件與答疑過程；
￥6 25分鐘 364播放
查看
Fluent模擬疏水性側壁氣泡產生、上升、聚并破碎等問題
氣泡或粒子流動問題在實際工況中非常普遍，例如鼓泡塔、流化床、燃料電池等領域對此類問題研究較多，因此在工程上，能夠運用數值方法有效模擬氣泡或粒子流動等問題變得十分有意義。此案例利用VOF模型來模擬氣泡生成上升聚并等問題，屬于多相流中的氣液兩相流問題，主要講解氣泡脫離壁面的主要設置以及Fluent操作流程。
￥25 32分鐘 194播放
查看
STARCCM+系列CFD課程07-多相流-歐拉方法
課程安排： <01> 歐拉方法知識點概述 <08> 歐拉-Hibiki 的鼓泡塔 <09> 歐拉-混合物沉降 <10> 歐拉-流化床中的氣泡形成 <11> 歐拉-排氣邊界 <12> 歐拉
￥180 9小時26分鐘 224播放
查看
鼓泡塔的實例教程
1、問題描述
本案例演示如何在 STAR-CCM+ 中為歐拉多相湍流，本模擬對鼓泡流塔建模，其中涉及通過豎直塔泵入的氣相和水相。幾何如下圖所示建模模型如下：
2、STAR-CCM+設置
不僅要考慮湍流連續(xù)相，而且還要考慮連續(xù)相中的氣泡，因此需要歐拉多相流。
（1）選擇物理模型；流體是湍流且不可以壓縮。使用歐拉多相流。物理模型的選擇如下：
（2）創(chuàng)建相并選擇相模型；在離散二相流體中，相間力的強度以及熱和質量傳遞的量是氣泡尺寸的函數。由于氣泡的聚結和破碎，氣泡尺寸可能不斷變化。在STAR-CCM+ 中，使用動量的SGamma方法來研究離散的二相流中的顆粒尺寸分布。
?對于破碎，S-Gamma 模型考慮的是液滴上的破裂力（由于剪切和湍流）和恢復力（由于表面張力）之間的平衡。
?對于聚結，S-Gamma 模型考慮的是液滴碰撞的可能性、兩個碰撞液滴的接觸時間以及液滴之間的液膜的析液時間。
右鍵單擊Models > Eulerian Multiphase > EulerianPhases選項，選擇新建一個相，重命名為water，并為water相選擇相應的物理模型，同樣的方法創(chuàng)建air相，并選擇相應的物理模型，在air相選擇S-Gamma模型，air和water的物理模型如下：
（3）定義相間的相互作用；使用多相交互作用模型可定義水相和氣相之間的相互作用。
展開 1、問題描述
本案例演示如何在 STAR-CCM+ 中設置歐拉多相湍流，本模擬對鼓泡流塔建模，其中涉及通過豎直塔泵入的氣相和水相。幾何如下圖所示建模模型如下：
2、STAR-CCM+設置
不僅要考慮湍流連續(xù)相，而且還要考慮連續(xù)相中的氣泡，因此需要使用歐拉多相流。
（1）選擇物理模型；流體是湍流且不可以壓縮。使用歐拉多相流。物理模型的選擇如下：
（2）創(chuàng)建相并選擇相模型；在離散二相流體中，相間力的強度以及熱和質量傳遞的量是氣泡尺寸的函數。由于氣泡的聚結和破碎，氣泡尺寸可能不斷變化。在STAR-CCM+ 中，使用動量的SGamma方法來研究離散的二相流中的顆粒尺寸分布。
?對于破碎，S-Gamma 模型考慮的是液滴上的破裂力（由于剪切和湍流）和恢復力（由于表面張力）之間的平衡。
?對于聚結，S-Gamma 模型考慮的是液滴碰撞的可能性、兩個碰撞液滴的接觸時間以及液滴之間的液膜的析液時間。
右鍵單擊Models > Eulerian Multiphase > EulerianPhases選項，選擇新建一個相，重命名為water，并為water相選擇相應的物理模型，同樣的方法創(chuàng)建air相，并選擇相應的物理模型，在air相選擇S-Gamma模型，air和water的物理模型如下：
（3）定義相間的相互作用；使用多相交互作用模型可定義水相和氣相之間的相互作用。
展開 1、問題描述
本案例演示如何在 STAR-CCM+ 中設置歐拉多相湍流，本模擬對鼓泡流塔建模，其中涉及通過豎直塔泵入的氣相和水相。幾何如下圖所示建模模型如下：
2、STAR-CCM+設置
不僅要考慮湍流連續(xù)相，而且還要考慮連續(xù)相中的氣泡，因此需要使用歐拉多相流。
（1）選擇物理模型；流體是湍流且不可以壓縮。使用歐拉多相流。物理模型的選擇如下：
（2）創(chuàng)建相并選擇相模型；在離散二相流體中，相間力的強度以及熱和質量傳遞的量是氣泡尺寸的函數。由于氣泡的聚結和破碎，氣泡尺寸可能不斷變化。在STAR-CCM+ 中，使用動量的SGamma方法來研究離散的二相流中的顆粒尺寸分布。
?對于破碎，S-Gamma 模型考慮的是液滴上的破裂力（由于剪切和湍流）和恢復力（由于表面張力）之間的平衡。
?對于聚結，S-Gamma 模型考慮的是液滴碰撞的可能性、兩個碰撞液滴的接觸時間以及液滴之間的液膜的析液時間。
右鍵單擊Models > Eulerian Multiphase > EulerianPhases選項，選擇新建一個相，重命名為water，并為water相選擇相應的物理模型，同樣的方法創(chuàng)建air相，并選擇相應的物理模型，在air相選擇S-Gamma模型，air和water的物理模型如下：
（3）定義相間的相互作用；使用多相交互作用模型可定義水相和氣相之間的相互作用。
展開 ，預測流型的變化困難；需要了解鼓泡塔內氣泡直徑分布，氣泡直徑影響著鼓泡塔內氣含率以及傳質反應性能
- 需要設計合理的分布器以及內構件
Ansys技術方案
‐ ANSYS Fluent內有著豐富的多相流模型能夠模擬鼓泡塔，針對流域的轉變模擬，ANSYS Fluent推出了AIAD模型(ANSYS 獨有)；針對流型轉變模擬，ANSYS Fluent推出了GENTOP模型(ANSYS 獨有)
‐ Population Balance Model能夠幫助計算氣泡直徑的分布
‐ ANSYS Fluent中豐富的相變模型和傳熱反應模型，以及豐富的相變模型和傳熱
反應模型
推薦Ansys模塊
‐ ANSYS CFD Premium + HPC pack
噴淋塔
設計中的難點
‐ 噴淋過程是復雜的多尺度問題，在設計時需要防止墻壁過多液體或者顆粒沉積，需要設計合適的噴嘴設計，以及布置噴嘴的位置，保證區(qū)域內無流動死區(qū)，研究噴淋過程中，分蒸發(fā)對干燥性能的影響
‐ 管理高溫環(huán)境中的顆粒停留時間
‐ 液滴大小分布
Ansys技術
方案
‐ ANSYS Fluent內有著豐富的多相流模型離散相位模型(DPM)，流體模型體積(VOF)，VOF to DPM，以及液膜模型等能夠幫助解決噴霧仿真中遇到的問題，通過仿真可以了解噴霧液滴的粒徑大小，停留時間，了解是否有流動死區(qū)，獲得整個流場的溫度等
推薦Ansys模塊
‐ ANSYS CFD Premium + HPC pack
旋風分離/水力分離
設計中的難點
‐ 需要準確的了解分離效率，優(yōu)化結構，分離過程中顆粒濃度分布廣泛（
展開 涓流床反應器內的流體流動狀況，與填充塔略有不同，氣液兩相并流向下，不會發(fā)生液泛；催化劑微孔內貯存一定量近于靜止的液體。涓流床反應器通常采用多段絕熱式,在段間換熱或補充物料以調節(jié)溫度;每段頂部設置分布器使液流均布，以保證催化劑顆粒的充分潤濕。
與氣液固相反應過程常用的漿態(tài)反應器相比，涓流床反應器的主要優(yōu)點是：
1、返混小，便于達到較高的轉化率；
2、液固比低，液相副反應少；
3、避免了催比劑細粉的回收問題。缺點是：溫度控制比較困難；催化劑顆粒內表面往往未能充分利用；反應過程中催化劑不能連續(xù)排出再生。
七、塔式反應器
塔式反應器主要分為以下幾種：
1、鼓泡塔反應器
塔內充滿液體，氣體從反應器底部通入，分散成氣泡沿著液體上升，既與液相接觸進行反應同時攪動液體以增加傳質速率。這類反應器適用于液體相也參與反應的中速、慢速反應和放熱量大的反應。
優(yōu)點：鼓泡塔反應器結構簡單、造價低、易控制、易維修、防腐問題易解決，用于高壓時也無困難。
缺點：鼓泡塔內液體返混嚴重，氣泡易產生聚并，故效率較低。
2、填料塔反應器
填料塔是以塔內的填料作為氣液兩相間接觸構件的傳質設備。液體從塔頂經液體分布器噴淋到填料上，并沿填料表面流下。氣體從塔底送入，經氣體分布裝置（小直徑塔一般不設氣體分布裝置）分布后，與液體呈逆流連續(xù)通過填料層的空隙，在填料表面上，氣液兩相密切接觸進行傳質。填料塔屬于連續(xù)接觸式氣液傳質設備，兩相組成沿塔高連續(xù)變化，在正常操作狀態(tài)下，氣相為連續(xù)相，液相為分散相。
展開 
鼓泡塔的最新內容
嚴格意義上講，三相漿態(tài)鼓泡塔內的流動屬于非穩(wěn)態(tài)，內部流動過程通常發(fā)生在不同時間以及空間尺度上，非穩(wěn)態(tài)流體動力學行為控制著反應器內混合以及輸運過程，并且受設計以及操作參數（如反應器以及分布器的設計、氣體流量以及固含率等）的影響。因此建議在模擬實際裝置時，應采用三維模擬。由于氣液固三相模擬相對復雜，因此需根據研究對象以及具體問題，選擇合適的方法。
例如在氣液兩相的鼓泡塔反應器中，氣體以氣泡的形式大量分散在液體中，此時可以將氣液兩相都視為連續(xù)介質，因為氣泡之間相互交錯，液體也充滿整個空間。曳力是相間動量傳遞的主要方式，模型通過曳力項來耦合各相的動量方程。常用的曳力模型有 Schiller - Naumann 模型等，其曳力系數會根據流體的相對速度、顆粒形狀等因素進行計算，用于描述氣體和液體在運動過程中相互阻礙、帶動的力。
1、問題描述
本案例演示如何在 STAR-CCM+ 中設置歐拉多相湍流，本模擬對鼓泡流塔建模，其中涉及通過豎直塔泵入的氣相和水相。
（2）鼓泡塔反應器 鼓泡塔反應器是塔內充滿液體，氣體從反應器底部連續(xù)進入，分散成氣泡，沿著液體上升，與液相接觸進行反應的同時，攪動塔內液體以增加傳質速率。這類反應器適用于液相參與的中、慢速反應和放熱量較大的反應。如各種有機化合物參與的氧化反應等。
鼓泡塔反應器結構簡單、造價低廉、使用和維護比較方便，參與反應的氣液兩相接觸面積大，混合充分。
設計中的難點
- 鼓泡塔具有良好的傳熱性能、結構簡單易于制造等特點，在石化石化領域有著廣泛的應用，但鼓泡塔內涉及復雜的多相流動，致使反應器設計放大存在困難
- 在不同操作條件下存在明顯的流型轉變，預測流型的變化困難；需要了解鼓泡塔內氣泡直徑分布，氣泡直徑影響著鼓泡塔內氣含率以及傳質反應性能
- 需要設計合理的分布器以及內構件
Ansys技術方案
1、問題描述
本案例演示如何在 STAR-CCM+ 中設置歐拉多相湍流，本模擬對鼓泡流塔建模，其中涉及通過豎直塔泵入的氣相和水相。
氣體則在壓力差的推動下，自下而上穿過各層塔板的氣體通道（泡罩、篩孔或浮閥等），分散成小股氣流，鼓泡通過各層塔板的液層。在塔板上，氣液兩相密切接觸，進行熱量和質量的交換。在板式塔中，氣液兩相逐級接觸，兩相的組成沿塔高呈階梯式變化，在正常操作下，液相為連續(xù)相，氣相為分散相。
3. 氣體冷卻塔
氣體冷卻塔
冷卻塔作用：工業(yè)生產過程中產生的廢熱，一般要用冷卻水來帶走。
氣體則在壓力差的推動下，自下而上穿過各層塔板的氣體通道（泡罩、篩孔或浮閥等），分散成小股氣流，鼓泡通過各層塔板的液層。在塔板上，氣液兩相密切接觸，進行熱量和質量的交換。在板式塔中，氣液兩相逐級接觸，兩相的組成沿塔高呈階梯式變化，在正常操作下，液相為連續(xù)相，氣相為分散相。
3. 氣體冷卻塔
氣體冷卻塔
冷卻塔作用：工業(yè)生產過程中產生的廢熱，一般要用冷卻水來帶走。
水蒸氣經泡罩齒隙沸騰穿越塔板上的氨水層，形成鼓泡現(xiàn)象。在塔板上氨水與蒸汽相遇被加熱至沸點，水中的氨、二氧化碳、硫化氫等隨氣體上升逐步轉入氣體中，這樣的過程一直進行到塔底為止，最后由塔底排出的廢水含氨量小于0.1g/L時，。當剩余氨水為混合氨水，入塔溫度為60~70℃時，則每立方米氨水的直接蒸汽耗量為200Kg左右。
優(yōu)點：鼓泡塔反應器結構簡單、造價低、易控制、易維修、防腐問題易解決，用于高壓時也無困難。
缺點：鼓泡塔內液體返混嚴重，氣泡易產生聚并，故效率較低。
2、填料塔反應器
填料塔是以塔內的填料作為氣液兩相間接觸構件的傳質設備。液體從塔頂經液體分布器噴淋到填料上，并沿填料表面流下。
