大型側(cè)攪拌發(fā)酵罐內(nèi)氣液兩相流的計算流體力學(xué)模擬.pdf

1、大型側(cè)攪拌發(fā)酵罐內(nèi)氣液兩相流的計算流體力學(xué)模擬CFDSimulationofGasLiquidTwoPhaseFlowinLargeScaleFermentationReactorwithSideEntryImpellers學(xué)科專業(yè)：化學(xué)工藝研究生：侯洪國指導(dǎo)教師：張敏華教授天津大學(xué)化工學(xué)院二零一零年六月摘要發(fā)酵反應(yīng)在燃料乙醇生產(chǎn)過程中占有重要的地位，然而目前生物發(fā)酵反應(yīng)器的設(shè)計仍主要依賴于經(jīng)驗(yàn)。依賴經(jīng)驗(yàn)的生物發(fā)酵反應(yīng)器的設(shè)計方法受諸多

2、因素的限制，往往達(dá)不到預(yù)期的設(shè)計效果。利用計算流體力學(xué)(cFD)方法來輔助工業(yè)設(shè)計能夠彌補(bǔ)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計方法的不足，有助于技術(shù)創(chuàng)新和理論發(fā)展。生物發(fā)酵反應(yīng)過程中伴隨著二氧化碳?xì)怏w的產(chǎn)生，產(chǎn)生的氣體在發(fā)酵液中以不同尺寸氣泡的形式存在，這些氣泡不僅影響著發(fā)酵體系的局部組成和流場狀態(tài)，還會對攪拌體系的輸入功率等產(chǎn)生影響。這些影響在大型生物發(fā)酵反應(yīng)器中更為顯著，因而有必要在對大型發(fā)酵罐建立模型時考慮氣體的產(chǎn)生和分布。本文利用CFD方法研究了大型側(cè)攪拌

3、發(fā)酵罐。在考慮發(fā)酵液的非牛頓粘性的基礎(chǔ)上，通過定義相間反應(yīng)的方法描述了氣體的產(chǎn)生，并分別采用單一尺寸氣泡模型和群體平衡模型描述氣泡在發(fā)酵體系內(nèi)的分布狀態(tài)。對比模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)，群體平衡模型(PopulationBalanceModule，PBM)因其可以描述氣泡的產(chǎn)生、聚并與破碎并給出不同尺寸氣泡在發(fā)酵體系中的分布，而能夠更準(zhǔn)確的描述氣液兩相流場。模擬結(jié)果表明多個側(cè)入式攪拌槳對罐底流體的攪拌效果明顯，只是在罐底中心處速度值較低，如何防止此處