气液两相在多孔介质内同向向上流动的CFD研究

摘要：基于计算流体力学中欧拉模型，研究了气液两相在球形多孔介质填充床内同向向上流动情况.分别采用Tung & Siefken模型、Schulenberg模型以及Attou模型通过用户自定义功能的形式添加气固、液固、气液间曳力程序对填充床流动情况进行CFD三维数值模拟.对其模拟结果与实测数据进行对比发现：Tung & Siefken的模型更适合模拟在常温常压下直径在2~8 mm的球形多孔介质内气液两相流流动，此模型CFD数值模拟的压降差、持液量结果均与实测数据吻合很好.

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关键词：欧拉模型；气液两相流；多孔材料；数值模拟

中图分类号：X11 文献标识码：A

在现代许多工程技术领域中,比如在核电工业的核反应堆、石油化工的固化床和流化床、环境工程的脱硫塔、曝气生物滤池和滴滤池中，都存在大量关于多孔介质内气液两相流动问题［1-5］.因此，开展多孔介质内气液两相流动的研究，具有十分重要的意义.

目前，国内外对于多孔介质内气液两相流动的研究多为理论分析和实验研究,且大部分研究都集中在气液同向向下流动,而对气液同向向上流动的研究较少，应用计算流体力学(CFD)三维数值模拟气液同向向上流动还尚未见报导.Chu［1］等在试验的基础上研究玻璃球床内空气和水两相向上流动,主要研究多孔介质粒径、轴线床层孔隙率的变化、气液流量对压降和持液量影响.Schulenberg［2］等在实验基础上，在粗碎片多孔介质内考虑蒸汽与液体间曳力，提出了多孔介质内多相流压降和持液量模型.Tung等［3］在多孔介质内两相流实验的基础上，提出泡状流等不同流态概念并建立了一维压降预测和持液量模型.Molga等 ［4］研究了在高压下吸收塔内CO2气体与液相流动,考虑了系统压力、气相和液相表观速度、液相粘度以及多孔介质粒径对压降和持液量影响.Schmidt［5］通过总结大多数学者关于多孔介质内气液同向向上流动的压降模型,并在大量实验基础上提出了自己的压降和持液量模型,但通用性不强.

本文首次应用CFD三维数值模拟在常温常压下球形多孔介质内空气和水的两相流流动，分别采用Tung & Siefken模型，Schulenberg模型以及Attou模型定性分析气液流量和多孔介质粒径对压降的影响,利用CFD对多孔介质内气液两相同向向上流动进行三维数值模拟以确定最佳模型.

4 结论

在常温常压ReL=33~300，ReG=10~650内，本文基于Fluent计算流体力学软件中欧拉模型，分别采用Tung & Siefken模型、Schulenberg模型以及Attou模型，通过用户自定义功能编写气固、液固、气液间的曳力系数程序到软件中的形式，首次对球形多孔介质填充床内气液两相向上流动进行CFD三维数值模拟. 通过模拟发现，Tung & Siefken模型更适合应用于粒径为2~8 mm的多孔介质球体内气液两相流的数值模拟, 模拟压降值与实测值基本一致，平均相对误差为7.3%. CFD数值模拟的持液量与实测值变化基本一致，但是存在一定的误差.

参考文献

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