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塞流式厌氧发酵反应器物料流场的CFD模拟

张战锋  
【摘要】: 随着人类社会的不断向前发展,人们对生活和居住条件的要求越来越高,同时对能源的需求量越来越大,对环境的影响也不断的加大,从而使能源短缺和环境污染成为严重制约了人类社会的发展的重要因素。用厌氧发酵方式生产生物质能,是缓解能源与环境压力的重要途径之一。而生物发酵装置是生物发酵必须的基本设备,其中的塞流式厌氧发酵反应器就是常用的生物发酵装置之一 本文利用相似原理对塞流式厌氧发酵反应器进行了简化,并据此建立了二维CFD模型。利用CFD(Computational Fluid Dynamics,计算流体动力学)方法对进料时反应器内的流场进行了模拟分析,找出了最佳的进料管倾角,并进行了试验验证;根据模拟与现实中存在的问题,在反应器内加入了挡板,通过模拟得了挡板的最佳的高度与位置。具体结论如下: 1)对没有添加挡板的塞流式厌氧发酵反应器,在进料时对其进料管倾角分别为15°、30°、45°、60°、70°的内部流场进行了模拟,通过对比分析,得出:30°为其进料管的最佳倾角。 2)对加入挡板反应器,进料时进料管的倾角应由30°调整为60°。 3)分别对第一块挡板的高度为8cm、10cm、12cm、14cm和16cm时反应器内进料时的流场进行了模拟,经对比分析认为:其高度为12 cm时较佳;分别对挡板与池壁之间距离为10cm、12cm、14cm和16cm时反应器内进料时的流场进行了模拟,得出:其间距(即上流室宽度)为12cm较佳。 4)分别对第二块挡板与反应器底部间距为3cm、4cm、5cm和6cm聊时反应器内进料时的流场进行了模拟,经对比分析认为:其间距为5cm时较佳;分别两块挡板之间距离为6cm、7cm和8cm时反应器内进料时的流场进行了模拟,得出:其间距(即下流室宽度)为6cm较佳。


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