摘    要：以16 l內循環氣升式環流反應器為對象，使用fluent 6 3軟件對采用不同導流筒直徑值的反應器中氣液兩相流動的過程進行計算流體力學仿真，研究導流筒直徑變化對氣升式環流反應器中氣舍率和循環液速的影響。，結果表明，氣體由反應器底部入口進入反應器后，氣液混合物沿導流筒內部上升至反應器頂邵，隨后沿導流筒外部下降，形成反應器中的循環增大導流筒直徑在一定范圍內能夠提高反應器中的氣含率，但同時也會造成循環液速的下降，并且給出了所涉對象中導流筒直徑的****取值區間。

關鍵詞：氣升式環流反應器；氣舍率；循環液速；導流筒直徑；cfd仿真

中圖分類號：tp 27    文獻標識碼：a

    生物發酵涉及復雜的微生物代謝，生產中的補料量、補料方式、通氣量等都會對發酵生產產生影響。氣升式環流反應器是生物發酵生產過程中的一類重要設備，它兼具結構簡單、造價低、能耗低等優點，目前已廣泛應用于化工、生制藥及環保行業，它尤其適用于耗氧量較低的生物應過程（如維生素c的發酵生產）。由于氣升式環流反應器內部流態和傳質的復雜性，其優化設計問題迄今仍未獲決。

  氣含率和循環液速是體現氣開式環流反應器性能的2個重要參數，而反應器中的導流簡直徑這一結構變量會對這2個參數產生影響。本文采用計算流體力學仿真工具，將重點研究導流簡直徑對于氣升式環流反應器內流態的影響。

    本文研究的氣升式環流反應器基本外觀結構如圖1所示。

   

    反應器外筒內部有一個導流筒，將反應器外筒內部劃分為導流筒內側（上升段）和導流筒外側（下降段）2個區域。初始狀態的反應器充有常溫液態水。氣相（空氣）由反應器底部氣體人口噴人反應器，沿上升段上升，并由反應器頂部的排氣口排出。由于反應器上升段和下降段中混合物的氣含率不同，在反應器的上升段和下降段之間形成了靜壓力差，反應器中的液體在氣體的帶動下上升至導流筒頂部后，在靜壓力差的推動下，再由下降段回流至反應器底部，形成了氣升式環流反應器內部物質循環流動的推動力。

  本文研究的反應器模型的外形尺寸為：反應器高100 cm，外簡直徑11 cm，反應器底部氣體入口直徑為5 cm，通人氣體線速度為0.01 m/s。本文分別對采用不同導流簡直徑取值(d=7.5，8.0，8.5，9.0 cm)的反應器進行流態仿真。

    1)仿真平臺及模型介紹計算流體力學是建立在經典流體動力學與數值計算方法基礎上的一門新型獨立學科，通過計算機數值計算和圖像顯示的方法在時間和空間上定量描述流場的數值解。

   

    圖2可知，混合物由導流筒內側（上升段）上升至反應器頂部，并由導流筒外側（下降段）下降回流至反應器底部，形成了反應器內的物質循環。

    由圖3可知，氣體在導流筒內部分布較高，計算流體力學軟件是ansys公司的fluent 6.3軟件，選用了基于兩相均使用歐拉方程描述的歐拉模型，該模型對每個相求解一組運動方程和連續性方程，通過壓力和相間交換系數進行耦臺，耦合結果取決于所涉及的相的類型。在gambit中分別畫出采用不同導流簡直徑時氣升式環流反應器的結構圖，以同樣的規則對其劃分網格并設定邊界類型。將在cambit中生成的mesh文件導人fluent，采用瞬態計算模型，設定兩相為液態水和空氣，其中液態水為第一相，空氣為第二相。參照實際生產操作的條件，設置初始狀態時靜止液面高度為82 cm，人口類型為速度人口，出口類型為壓力出口，氣體以nm/s的線速度由反應器底部氣體入口沿豎直向上方向進入反應器內。迭代達到穩態后，即