利用PBM模型及欧拉多相流模型计算鼓泡反应器中气泡的破碎与聚并行为

本文摘要（由AI生成）：

本文展示了一个使用PBM模型和欧拉多相流模型模拟鼓泡反应器中气泡破碎与聚并行为的案例。案例中，建立了直径为0.29m、高度为2m的鼓泡塔模型，通过底部入口以恒定速度注入空气，并考虑了六种不同的气泡尺寸。计算中采用了Fluent软件的2D、Double Precision模式，并激活了Transient、Axisymmetric和Gravity选项。通过激活Eulerian多相流模型和Realizable k-epsilon湍流模型，设置了水和空气为主次相，并指定了气泡直径和操作条件。接着，激活了PBM模型，设置了边界条件，并进行了初始化计算。最后，通过监测bin3和bin5随时间的变化，得到了气泡破碎与聚并行为的模拟结果，包括bin3和bin5的体积分数分布曲线以及20s时刻的bin3和bin1体积分数分布。

本案例利用PBM模型及欧拉多相流模型计算鼓泡反应器中气泡的破碎与聚并行为。

案例内容包括：

• 使用欧拉多相流建立两相、非稳态气水鼓泡塔模型

• 激活并使用PBM模型考虑了六种不同的气泡尺寸

注：本案例取自官方案例集。

1 问题描述

计算模型如图所示，直径为0.29 m，高度为2m的鼓泡塔，空气通过底部直径为0.23 m的入口以恒定速度0.02 m/s注入塔内。气泡初始直径为3毫米。

2 Fluent设置

• 以2D、Double Precision模式启动Fluent

• 读入计算网格bubcol.msh.gz

2.1 General设置

• 激活选项Transient采用瞬态计算

• 激活选项Axisymmetric

• 激活Gravity，设置重力加速度为X轴-9.81 m/s2

注：这里采用的是轴对称模型，重力方向为X轴

2.2 Models设置

• 激活Eulerian多相流模型

• 激活Realizable k-epsilon湍流模型

2.3 Materials设置

• 添加材料water-liquid

2.4 设置相

• 设置水为主相

• 设置空气为次相，指定气泡直径为0.003 m

2.5 操作条件设置

• 如下图所示设置操作条件

2.6 激活PBM模型

• 利用TUI命令define/models/addon-module激活PBM模型

• 如下图所示设置PBM模型

• 点击按钮Print Bins可查看颗粒粒径分组，如下图所示

2.7 边界条件设置

1、vinlet边界设置

• 设置入口混合相参数，如下图所示

• 设置入口空气相速度为0.02 m/s

• 设置入口空气相体积分数为1，指定Bin-3-fraction为1

2、outlet设置

• 设置出口混合箱参数，如下图所示

• 设置出口空气相Bin-3-fraction为1

2.8 初始化

• 采用入口vinlet进行初始化计算，如下图所示

2.9 标记区域

• 新建Region，区域参数如下图所示

• patch该标记区域Bin-3-fraction为1

注：这里的Patch不是必须的。

2.10 定义监测

• 如下图所示定义Point

• 监测点上变量Bin-3-fracrtion变化

• 监测点上变量Bin-5-fracrtion变化

2.11 迭代计算

• 如下图所示设置迭代参数进行计算

3 计算结果

• 监测的bin3随时间变化曲线

• 监测得到的bin5随时间变化曲线

• 20s时刻bin3体积分数分布

• 20s时刻bin1体积分数分布

• bin3体积分数沿轴向分布，如下图所示