共轴反转型生物反应器内流场数值模拟与性能分析

• 作者: 杨光 王沫然
• 来源期刊: 化工学报
• 关键词: 生物反应器 数值模拟 气液两相流 气含率 传质
• 年，卷（期）: 2020,（11）
• 所属期刊栏目: 催化、动力学与反应器
• 页码范围: 5188-5199
• 页数: 11页
• 分类号: TQ022
• 语种: 中文
• DOI: 10.11949/0438-1157.20200190

摘要

使用生物可降解塑料是解决白色污染的有效手段，然而在生物反应器中生产可降解塑料过程中会面临气体传质能力不足和能耗过大等问题，导致生产成本居高不下。为解决这些问题，提出了一种共轴反转型机械搅拌式生物反应器，并通过数值模拟对新型反应器内两相流场进行了仿真及定量分析。通过模拟气泡羽流、鼓泡塔及搅拌器系统内流场，并与实验结果对比，在双流体模型中引入了曳力、升力及湍流扩散力以及基于Troshko-Hassan模型的两相湍流模型，验证了双流体模型在该问题中的有效性。对新设计的反应器内流场模拟结果表明，两相作用力模型对模拟准确性影响较大，而共轴反转能够在流场中形成更好的剪切效应，增强气体分散能力，从而提高整体气含率及相对功率准数。