基于Fluent的多相模拟反应器的设计
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图６最终模型６００ ｓ时轴线浓度分布
Ｆｉ昏３
ＤｉＢｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ＂∞∞ｌ ｃ蛐ｃｅｎ‘ｒ砒ｉ∞ｏｆ ｎｎ丑ｌ ｍｏｄｅｌ毗３００｜． 图３最终模型３００·时物相分布
从图中可以看到，在此种反应条件下，在轴线附近物相 分布较均匀，而且时间上变化区间也不大，从３００ ｓ到６００ ｓ 轴线浓度由１．３０×ｌＯ’２变化到平均１．３５×１０～。颗粒物浓 度在空间及时问上的分布较均匀，有利于液滴捕集颗粒物。 ３．２不同模型模拟结果比对
ｃｏｎｆｉ珊ｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｈ∞Ｂｅｐ鼻ｒ耳ｔｅｄ日ｉｅｖｅ ｐｌａｔｅ且ｎｄ ｇａ皇ｅｎｔｍｎｃｅ８．Ａ１８０ ｔｌｌｅ印ｅｎｕｍ８ ｉｎ ｔｌｌｅ ｓｉｅｖｅ ｐｌａｔｅ ａｒｅ尊ｍｎｇｅｄ ｓｅｒｒｉｅｄｌｙ．Ｓｉｘ ｇａｓ ｅｎ．
妇珏ｃｅ§帆鑫糯醒蘸８ｙｍ越ｅ壤ｃ叠酝遍壤霉幻勖ｍ ｏｆ壤ｅ瑚ｅｌ∞，黼ｄ岛ｕｆ鑫ｅ鳓粕ｌ棚池船ｅ毒穗藤ｆｏｕｆ争糟翥骞哪ｏｕｌｌｅ撼鑫糟鑫ｍｎ驴纛ｓｙ和
本文利用Ｆｌｕｅｎｔ模拟实验室大气及反应器的数值，以期 得到最佳的反应器设计尺寸及反应条件，指导反应器的设计 工作，从而降低反应器成品的调试风险和难度。关键是反应 器内流场分布所带来的颗粒物均匀分布的问题，因此选用 Ｅｕｌｅｒ模型中的＾一占湍流模型。
１ Ｆｌｕｅｎｔ软件数学模型
Ｆｌｕｅｎｔ框架主要是动量守恒和质量守恒方程组。如以下 公式所示：
在模拟过程中，设计了几个不同的模型以比对效果，参 数设计如表１所示：
表Ｉ各模型模拟参数 Ｔａｂｌｅ ｌ Ｐａｒ哪ｅｔｅＩ售ｕ摹ｅｄ ｉｎ ｍｏｄｅｌ ８ｉｍｕＩａｔｉ仰．
Ｆ嘻４ Ｇ∞ｖｅｌ∞ｉｔｙ ｐｍｆｉＩｅ ｏｆ矗ｎａｌ ｍｏｄｅｌ砒３００·．
图４最终模型３００ ｓ时流场分布
１．６０ｃ．０２
１．４０ｃ－０２
羚｝、，ｅ海建ｙ，８ｅ《｝ｎｇ，ｌ湖７ｌ，Ｃｈｉｎａ＞
．
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ Ｂｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ“ｔｌｌｅ ｎｕｍｅＴｉｃ且ｌ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ∞ｆｈＨｍ，Ｆｌｕｅｎｔ，ｉｎ ａｔｍ０８ｐｈｅ“ｃ ｅｎｖｉ∞ｎｍｅｎｔ陀５ｅ８ｒｃｈ ｉ冉ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ！Ｔｈｅ
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、
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１．０
１．２
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Ｉ Ａｎｇ ０７．２００６
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第２４卷 第９’期 ２００７年９月２８日
计算机再应用化謦
ＣｏｍｐｕｔｅＩ葛ａｎｄ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｃｈｅｍｉ８ｔｒｙ
ＶｏＬ ２４．Ｎｏ．９
Ｓｅｐｔ锄ｂｅｒ，２００７
基于Ｆｌｕｅｎｔ的多相模拟反应器的设计
罗铭１，剃金凤１，社特专２，剜兆荣“，骞都华‘
（１．北京大学环境学院环境科学系，ｊＥ京，ｌ００８７ｌ；２．北京大学工学院，北京，ｌ００８７１）
上方程组即可模拟计算。
２ 设定多相模拟反应器的条件
２．１反应器物理模型 实验室模拟，目的是建立一个模拟实际大气环境的云下
液滴捕集颗粒物的反应器。综合ｗａｎｇ‘”１于２０世纪７０年 代设计的简单反应器，以及ｗｏｍｎｏｐ【２１１和Ｊａｙｎｅ‘圳采用下落 液滴法研究气一液相的摄取系数所设计的反应器，设计一种 新的反应器，如示意图所示（见图１）。该图为轴截面图，反 应器圆筒直径４６ ｃｍ、高１２０ ｃｍ，轴线顶端为液滴下落装置， 液滴从顶部沿轴线下落；底部为液滴接收装置，液滴通过收 集口进入收集装置。气溶胶从反应器顶端由３、４位置进入 反应器，空气从底部的ｌ、２位置则通入以提供上升气流，使 气溶胶能够在反应器内悬浮。进气口直径３ ｃｍ，一共６个， 均匀分布在底面离轴线９．５ ｃｍ处。气溶胶进口直径３ ｃｍ， 出气口直径２ ｃｍ，各有４个，分别均匀分布在反应器顶部，距 轴线距离９·５ ｃｍ和２０ ｃｍ。５处的位置则为一筛板，孔径为 ２ ｃｍ，其作用为将进入的气流均匀分散开，使反应器内气流
ＬｕＯ Ｍｉｎ９１，Ｌｉｕ Ｊｉｎｆｅｎｇ’，Ｄｕ Ｔｅｚｈｕａｎ２，ＬｉＵ ＺｈａＯ ｒ１Ｄｎｇ’’ａｎｄ ８ａｉ Ｙｕｈｕａ’
（１．Ｃｏ¨ｅｇｅ ｏｆ ＥｎＶｉｒｏｎｍｅｎｔａＩ Ｓｃｉｅｎｃｏｓ。Ｐｅｋｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓ计ｙ，Ｂｅ珏ｉｎｇ，１００８７ｌ，Ｃｈｉｎａ；２．Ｃｏ¨ｅｇｅ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｏｒｉｎｇ，Ｐｅｋｉｎｇ Ｕ·
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Ｃｏｍｐ拄诧鹅撩ｎｄ矗ｐｐｌｉｅ纛Ｃ蠡ｅ珥ｉ８￡猡，２９０７，２霹（９）：１１５３一１１５８。
．
数值模拟比实验模拟有独特的优势，成本低、周期短、获 褥敕数据完整粒模拟出实验过程中巍测数据熬备耪状态，嚣 此，对于设诤和改造实骏反应装登，往往有霰好的指导体 用…。
在ＣＦ黔鹰尾软侔中，Ｆｌｕｅ瞰是嚣蘸使甩较广的软件之 一。Ｆｌｕｅｎｔ软件包括多种优化的物璃模型，如定常和菲定常 流动、层流、索流、不可压缩和可压缩流动、传热、化学反应等 簿，选择不弱约模型，在计算速度、稳定性和精度簿方霹，霹 达到最佳珏】。
摘要：介绍Ｆｌｕｅｎｔ在大气环境研究领域的应用，利用Ｆｌｕｅｎｔ进行实验室多相反应的模拟反应器的数值模拟工作，以便得到最 德熬爰应嚣设诗大夺足孽及反痉条磐，捂导设诗缀瘟器。二裰藏采番嚣毽精方法，漕漉模登选择蠢咕摸型箍逑。设计７誉弱瓣 纛组模型模拟计算，并做对比，最终选择反应器设计为筛板与进气口分离，筛孔密集分布的设计方案，６个进气口均匀分布在 艨应器底部，４个气溶胶进口及４个压力出口在殿应器顶部均匀分布。威虚条件设为底部进气口避气速度Ｏ．５ ｍ／ｓ。气溶胶进
癔ｅ＆毒￡Ｐｌ基矬蔽僦重ｏ｝鞠纛ｒ艴ｃ矗娆ｃｏ魏娃ｉｌｉ雌。曩ｌｅ羚鼯圭圭ｓｂ珏羰爵ｖｅ辨ｉ垂懿ｅｅ毫。氇ｅ如ｓｉ鞠蠢嘲ｅ溆。锫ｅ嚣珏ｌｅｒ黼ｅ矗菇ｉｇ鞋￥藤，强
ｗｈｉｃｈ ｔｌｌｅ ｗｈｏｌｅ ｎｏｗ ｉｓ ｄｅ８ｃｒｉｂｅｄ ｗｉｔｈ ｓｔ８ｎｄａｒｄ矗－希ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ黼ｏｄｅｌ．Ａｆｋｒ ｔｈｅ ｃｏ岫ｐａ一８０ｎ ０ｆ ｔｈ他ｅ ｄ涨ｂｒｅｎｔ ｍｏｄｅｌ８，ｔｌＩｅ ｂｅ砒ｐｈｎ ｉ亭
均匀平稳。
ｌ：气泵进气日 ２：孔径３ｃｍ ３：气溶股进几 ４：孔径．位置同上 ５：微孔滤板
磷，底部５ｃｍ 孔径３ｃｍ 孔删抖１ ２ｃｍ ６：出气口 ７：孔径２ｃｍ ５ｃｍ ６ｃ“
Ｆ嘻ｌ Ｓｋｅ曲加印ｏｆｔｌＩｃ舱且ｃｔｏｒ，ｓ ｍａｉｎ ｂｏｄｙ 图ｌ反应器主体设计示意图
２．２模型选择 反应器在软件中的模型如图２所示。
底部６个进口设为速度进口（，ｅｌ。ｃ埘．ｉ。ｌｅｔ）边界条件， 进的是空气，速度大小取０．５ ｍ／ｓ；顶部４个进口设为速度进
万方数据
２００７，２４（９）
罗铭等：基于Ｆｌｕｅｎｔ的多相模拟反应器的设计
１１５５
口（ｖｅｌ∞ｉｔｙ—ｉｎｌｅｔ）边界条件，进的是气溶胶，速度大小取Ｏ．１ Ⅱ∥８，４出口设为压力出口（ｐ他Ｂ８ｕ他·ｏｕｔｌｅｔ）边界条件；其他面 施加壁面（ｗａｌｌ）边界条件，采用标准壁面函数计算。
对于大气环境研究鬻而言，由予大气运动多为湍流。污
染物的扩散及去除，很大程度上受到大气运动的影响。在实 验室进行模拟时，发应器狭小的空闻内反度物鲍分布越榉受 气流运动静制约，能否准确判断污染耪器分布状态，慰敬影 响模拟的准确性。因此，将Ｆｌｕｅｎｔ软件应用于大气环境中污 染物扩皴及反应器蠹物质分穆的模拟计算，霹分析反废物蒎 动的动力学及热＿免学行为。飘强内豹研究情况来看，磊前 Ｆｌｕｅｎｔ张环境方面的研究工作，集中在大气环境中污染物的 扩散‘“鲥、建筑物避风‘“州及脱藏除尘装鬣魂瀛俸运动懿 模掇等方面¨。”’。
Ｆｉｇ．２ Ｍｏｄｅｌ ｏｆｔｌｌｅ＂ａｃｔｏｒ． 图２反应器模型图
２．３ 网格化（空间离散化） 受外形限制，网格化时采取四面体网格划分，在靠近反
应器两端进出口较多，则加密网格划分，接近反应器中部则 网格较稀疏。 ２．４ 确定附加模型
气溶胶颗粒物是由空气带入反应器，在处理时，将气溶 胶的气体溶液视为一流体，因而在选择Ｅｕｌｅｒ模型，选取其二 相流的詹．占湍流模型来处理。 ２．５ 边界条件设定
ｖｅｃ‘叫ｏｆ舭ｅｎｔｒａｎｃｅ ｍｅｔｒｉｃａｉｉｙ ｉｎ ｔ｜ｌｅ ｔｏｐ ｏｆ ｔ｜Ｉｅ托ａｃｏｏｆ．１羝ｅ
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３模拟结果及讨论
３．１ 模拟结果 反应器内按反应条件同时通入气溶胶和气体，３００ ｓ时
及６００ ｓ时物相浓度分布、轴线浓度分布及流场分布如图３ 一图８所示。
１．４０ｅ．０２
１．２０ｅ．０２ １．∞ｃ．０２ ８．００ｃ∞３ ６．伽ｌｅ．０３ ４．００ｃ－０３
＾１０§：）｜Ｅｏ；出ｕ§一足， ２．∞ｃⅢ３
从这些研究结果来看，在大气污染物扩散和室内通风的
敌穰曩鬻：２∞６·１８００；豢蕊嚣翔ｉ ２∞７国８．２２ 纂盒资助：国家重点基础研究发展规划（９７３）项目（２００５ｃＢ４２２２０４） 作者简介：罗铭（１９８２一）．男，硕士研究生，主要研究方向为酸衔形成中的成玻动力学过程，Ｅ－ｍａｉｌ：ｎ吖ｅ盯＠鲫ａｉｌ．ｃｏｍ．
掰速度Ｏ。ｌ∥暑Ｉ最终鬏凝兹在反应器内戆分布藐空蘑及时瓣上瑟砉，在辘线娃垮大体是麓匈分豢，毒淡保溅浚淡稳集黢毅谚
模拟实验的准确性。 荚键词பைடு நூலகம்Ｆｌｕｅｎｔ；多相反应；模拟反应器；数值模拟
审霾分类号：Ｘ １３；ｘ Ｓ１７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００ｌ－４１６０（２００７）０９·１１５３－１１５８
Ｔｈｅ ＩｄＩｅｓｉｇ建ｏｆ ｈｅｔｅ约ｇｅ糕ｅｏⅡｓ ｓｉｌ矬珏ｌａｔ主。糕ｒｅａｃｌｏｒ ｂａｓｅｄ ｏ娃Ｆｌ娃ｅｎｌ
遴滠联系人，Ｅ－ｍ疆：城ｕ＠冰ｎ。《Ｅ。ｃｎ．
万方数据
１１５４
计算机与应用化学
２００７，２４（９）
研究中，物相多为均相系统，采用的基本上都是Ｅｕｌｅｒ方法， 湍流模型应用＾·占湍流模型。而在反应器内的研究模拟中。 基本上都是二相或三相的非均相系统，于气相部分采用Ｅｕｌ· ｅｒ法描述（湍流模型为％．占模型）。于颗粒相部分采用的是 Ｌａｇｒａｎｇｅ法，采用颗粒轨道模型描述。二者的区别主要在于 前者的各相包括颗粒项都是采用Ｅｕｌｅｒ描述，即用流场来描 述；后者跟踪颗粒，采用Ｌａｇｒａｎｇｅ描述。应用中需要根据不 同用途选择不同的模型。
动量守恒方程：
去（盹）＋毒（砚叶）一老＋鬻＋偌ｔ＋‘（１）
式中ｕ。为ｆ方向流体速度；ｐ为静压力；钆为应力张量，如式 （２）定义；ｐｇ；为重力；，。为其他外力。
铲ｐ【善＋哥争静。 ㈩
式中ｐ为动力黏性系数。 质量守恒方程（连续方程）：
鲁＋毒（肚）－ｓ．
（３）
式中５．为源项。 上述方程组即构成了Ｆｌｕｅｎｔ软件的数学理论基础，用以
Ｆｉ昏３
ＤｉＢｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ＂∞∞ｌ ｃ蛐ｃｅｎ‘ｒ砒ｉ∞ｏｆ ｎｎ丑ｌ ｍｏｄｅｌ毗３００｜． 图３最终模型３００·时物相分布
从图中可以看到，在此种反应条件下，在轴线附近物相 分布较均匀，而且时间上变化区间也不大，从３００ ｓ到６００ ｓ 轴线浓度由１．３０×ｌＯ’２变化到平均１．３５×１０～。颗粒物浓 度在空间及时问上的分布较均匀，有利于液滴捕集颗粒物。 ３．２不同模型模拟结果比对
ｃｏｎｆｉ珊ｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｈ∞Ｂｅｐ鼻ｒ耳ｔｅｄ日ｉｅｖｅ ｐｌａｔｅ且ｎｄ ｇａ皇ｅｎｔｍｎｃｅ８．Ａ１８０ ｔｌｌｅ印ｅｎｕｍ８ ｉｎ ｔｌｌｅ ｓｉｅｖｅ ｐｌａｔｅ ａｒｅ尊ｍｎｇｅｄ ｓｅｒｒｉｅｄｌｙ．Ｓｉｘ ｇａｓ ｅｎ．
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本文利用Ｆｌｕｅｎｔ模拟实验室大气及反应器的数值，以期 得到最佳的反应器设计尺寸及反应条件，指导反应器的设计 工作，从而降低反应器成品的调试风险和难度。关键是反应 器内流场分布所带来的颗粒物均匀分布的问题，因此选用 Ｅｕｌｅｒ模型中的＾一占湍流模型。
１ Ｆｌｕｅｎｔ软件数学模型
Ｆｌｕｅｎｔ框架主要是动量守恒和质量守恒方程组。如以下 公式所示：
在模拟过程中，设计了几个不同的模型以比对效果，参 数设计如表１所示：
表Ｉ各模型模拟参数 Ｔａｂｌｅ ｌ Ｐａｒ哪ｅｔｅＩ售ｕ摹ｅｄ ｉｎ ｍｏｄｅｌ ８ｉｍｕＩａｔｉ仰．
Ｆ嘻４ Ｇ∞ｖｅｌ∞ｉｔｙ ｐｍｆｉＩｅ ｏｆ矗ｎａｌ ｍｏｄｅｌ砒３００·．
图４最终模型３００ ｓ时流场分布
１．６０ｃ．０２
１．４０ｃ－０２
羚｝、，ｅ海建ｙ，８ｅ《｝ｎｇ，ｌ湖７ｌ，Ｃｈｉｎａ＞
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Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ Ｂｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ“ｔｌｌｅ ｎｕｍｅＴｉｃ且ｌ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ∞ｆｈＨｍ，Ｆｌｕｅｎｔ，ｉｎ ａｔｍ０８ｐｈｅ“ｃ ｅｎｖｉ∞ｎｍｅｎｔ陀５ｅ８ｒｃｈ ｉ冉ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ！Ｔｈｅ
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Ｌｕｏ Ｍ，ＬｉＩｌ ＪＦ，Ｄｕ ＴＺ，Ｌｉｕ ＺＲ ａｎｄ Ｂａｉ ＹＨ．Ｔｈｅ ｄｅ８姐ｒｎ ｏｆ ｈｅｔｅ王．ｏｇ朗ｅｏｕｓ ｓｉｍｕｌ８ｔｉｏｎ ｌｅ８ｅｔｏｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｆｌｕｅｎ￡。
Ｏ．ＯＯｅ＋∞
０．Ｏ
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Ｐｏｓｉｔｊ ０ｒＩ（ｍ）
ｌ ｖｏｌｕｍ ｆ僦ｏｎ（∞∞Ｉ）（ＴｉⅢ－６ ００００ｃ＋０２）
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Ｆ培６ Ｄｉ５晡ｂｕｔｉ∞０ｆ∽ｍ·ｏｌ ｃｏｎｃｅｎｔｒ砒ｉｏｎ ｏｆ ｆｍａＩ ｍｏｄｃＩ ａｌｏｎｇ ｔｌＩｅ“∞砒６００。．
第２４卷 第９’期 ２００７年９月２８日
计算机再应用化謦
ＣｏｍｐｕｔｅＩ葛ａｎｄ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｃｈｅｍｉ８ｔｒｙ
ＶｏＬ ２４．Ｎｏ．９
Ｓｅｐｔ锄ｂｅｒ，２００７
基于Ｆｌｕｅｎｔ的多相模拟反应器的设计
罗铭１，剃金凤１，社特专２，剜兆荣“，骞都华‘
（１．北京大学环境学院环境科学系，ｊＥ京，ｌ００８７ｌ；２．北京大学工学院，北京，ｌ００８７１）
上方程组即可模拟计算。
２ 设定多相模拟反应器的条件
２．１反应器物理模型 实验室模拟，目的是建立一个模拟实际大气环境的云下
液滴捕集颗粒物的反应器。综合ｗａｎｇ‘”１于２０世纪７０年 代设计的简单反应器，以及ｗｏｍｎｏｐ【２１１和Ｊａｙｎｅ‘圳采用下落 液滴法研究气一液相的摄取系数所设计的反应器，设计一种 新的反应器，如示意图所示（见图１）。该图为轴截面图，反 应器圆筒直径４６ ｃｍ、高１２０ ｃｍ，轴线顶端为液滴下落装置， 液滴从顶部沿轴线下落；底部为液滴接收装置，液滴通过收 集口进入收集装置。气溶胶从反应器顶端由３、４位置进入 反应器，空气从底部的ｌ、２位置则通入以提供上升气流，使 气溶胶能够在反应器内悬浮。进气口直径３ ｃｍ，一共６个， 均匀分布在底面离轴线９．５ ｃｍ处。气溶胶进口直径３ ｃｍ， 出气口直径２ ｃｍ，各有４个，分别均匀分布在反应器顶部，距 轴线距离９·５ ｃｍ和２０ ｃｍ。５处的位置则为一筛板，孔径为 ２ ｃｍ，其作用为将进入的气流均匀分散开，使反应器内气流
ＬｕＯ Ｍｉｎ９１，Ｌｉｕ Ｊｉｎｆｅｎｇ’，Ｄｕ Ｔｅｚｈｕａｎ２，ＬｉＵ ＺｈａＯ ｒ１Ｄｎｇ’’ａｎｄ ８ａｉ Ｙｕｈｕａ’
（１．Ｃｏ¨ｅｇｅ ｏｆ ＥｎＶｉｒｏｎｍｅｎｔａＩ Ｓｃｉｅｎｃｏｓ。Ｐｅｋｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓ计ｙ，Ｂｅ珏ｉｎｇ，１００８７ｌ，Ｃｈｉｎａ；２．Ｃｏ¨ｅｇｅ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｏｒｉｎｇ，Ｐｅｋｉｎｇ Ｕ·
１．２０ｅ．０２
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１．０
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Ｆ培５ Ｄｉ－ｕｉｂｕｔｉ叩０ｆ∞咖Ｉ∞ｎｃｅｎｔｒａｔｉ蚰ｏｆ
丘ｎ８ｌ ｍｏｄｅｌ丑Ｉ如ｇ ｔｌＩｅ“ｃ－址３∞８． 图５最终模型３∞ｓ时轴线浓度分布
Ｃｏｍｐ拄诧鹅撩ｎｄ矗ｐｐｌｉｅ纛Ｃ蠡ｅ珥ｉ８￡猡，２９０７，２霹（９）：１１５３一１１５８。
．
数值模拟比实验模拟有独特的优势，成本低、周期短、获 褥敕数据完整粒模拟出实验过程中巍测数据熬备耪状态，嚣 此，对于设诤和改造实骏反应装登，往往有霰好的指导体 用…。
在ＣＦ黔鹰尾软侔中，Ｆｌｕｅ瞰是嚣蘸使甩较广的软件之 一。Ｆｌｕｅｎｔ软件包括多种优化的物璃模型，如定常和菲定常 流动、层流、索流、不可压缩和可压缩流动、传热、化学反应等 簿，选择不弱约模型，在计算速度、稳定性和精度簿方霹，霹 达到最佳珏】。
摘要：介绍Ｆｌｕｅｎｔ在大气环境研究领域的应用，利用Ｆｌｕｅｎｔ进行实验室多相反应的模拟反应器的数值模拟工作，以便得到最 德熬爰应嚣设诗大夺足孽及反痉条磐，捂导设诗缀瘟器。二裰藏采番嚣毽精方法，漕漉模登选择蠢咕摸型箍逑。设计７誉弱瓣 纛组模型模拟计算，并做对比，最终选择反应器设计为筛板与进气口分离，筛孔密集分布的设计方案，６个进气口均匀分布在 艨应器底部，４个气溶胶进口及４个压力出口在殿应器顶部均匀分布。威虚条件设为底部进气口避气速度Ｏ．５ ｍ／ｓ。气溶胶进
癔ｅ＆毒￡Ｐｌ基矬蔽僦重ｏ｝鞠纛ｒ艴ｃ矗娆ｃｏ魏娃ｉｌｉ雌。曩ｌｅ羚鼯圭圭ｓｂ珏羰爵ｖｅ辨ｉ垂懿ｅｅ毫。氇ｅ如ｓｉ鞠蠢嘲ｅ溆。锫ｅ嚣珏ｌｅｒ黼ｅ矗菇ｉｇ鞋￥藤，强
ｗｈｉｃｈ ｔｌｌｅ ｗｈｏｌｅ ｎｏｗ ｉｓ ｄｅ８ｃｒｉｂｅｄ ｗｉｔｈ ｓｔ８ｎｄａｒｄ矗－希ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ黼ｏｄｅｌ．Ａｆｋｒ ｔｈｅ ｃｏ岫ｐａ一８０ｎ ０ｆ ｔｈ他ｅ ｄ涨ｂｒｅｎｔ ｍｏｄｅｌ８，ｔｌＩｅ ｂｅ砒ｐｈｎ ｉ亭
均匀平稳。
ｌ：气泵进气日 ２：孔径３ｃｍ ３：气溶股进几 ４：孔径．位置同上 ５：微孔滤板
磷，底部５ｃｍ 孔径３ｃｍ 孔删抖１ ２ｃｍ ６：出气口 ７：孔径２ｃｍ ５ｃｍ ６ｃ“
Ｆ嘻ｌ Ｓｋｅ曲加印ｏｆｔｌＩｃ舱且ｃｔｏｒ，ｓ ｍａｉｎ ｂｏｄｙ 图ｌ反应器主体设计示意图
２．２模型选择 反应器在软件中的模型如图２所示。
底部６个进口设为速度进口（，ｅｌ。ｃ埘．ｉ。ｌｅｔ）边界条件， 进的是空气，速度大小取０．５ ｍ／ｓ；顶部４个进口设为速度进
万方数据
２００７，２４（９）
罗铭等：基于Ｆｌｕｅｎｔ的多相模拟反应器的设计
１１５５
口（ｖｅｌ∞ｉｔｙ—ｉｎｌｅｔ）边界条件，进的是气溶胶，速度大小取Ｏ．１ Ⅱ∥８，４出口设为压力出口（ｐ他Ｂ８ｕ他·ｏｕｔｌｅｔ）边界条件；其他面 施加壁面（ｗａｌｌ）边界条件，采用标准壁面函数计算。
对于大气环境研究鬻而言，由予大气运动多为湍流。污
染物的扩散及去除，很大程度上受到大气运动的影响。在实 验室进行模拟时，发应器狭小的空闻内反度物鲍分布越榉受 气流运动静制约，能否准确判断污染耪器分布状态，慰敬影 响模拟的准确性。因此，将Ｆｌｕｅｎｔ软件应用于大气环境中污 染物扩皴及反应器蠹物质分穆的模拟计算，霹分析反废物蒎 动的动力学及热＿免学行为。飘强内豹研究情况来看，磊前 Ｆｌｕｅｎｔ张环境方面的研究工作，集中在大气环境中污染物的 扩散‘“鲥、建筑物避风‘“州及脱藏除尘装鬣魂瀛俸运动懿 模掇等方面¨。”’。
Ｆｉｇ．２ Ｍｏｄｅｌ ｏｆｔｌｌｅ＂ａｃｔｏｒ． 图２反应器模型图
２．３ 网格化（空间离散化） 受外形限制，网格化时采取四面体网格划分，在靠近反
应器两端进出口较多，则加密网格划分，接近反应器中部则 网格较稀疏。 ２．４ 确定附加模型
气溶胶颗粒物是由空气带入反应器，在处理时，将气溶 胶的气体溶液视为一流体，因而在选择Ｅｕｌｅｒ模型，选取其二 相流的詹．占湍流模型来处理。 ２．５ 边界条件设定
ｖｅｃ‘叫ｏｆ舭ｅｎｔｒａｎｃｅ ｍｅｔｒｉｃａｉｉｙ ｉｎ ｔ｜ｌｅ ｔｏｐ ｏｆ ｔ｜Ｉｅ托ａｃｏｏｆ．１羝ｅ
ｉ尊Ｏ．５ ｍ／ｓ，毫ｎｄ ｗｈｉｃｈ ｉ亭Ｏ．１Ⅲ／ｓ ｆｏｆ ａｅｒｏ∞ｌ朗ｔｒａｎｃｅ．Ｔ氍ｅ ６ｎ矗ｉ豫８ｕｈ
ｅｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔＩＩｅ曩ｅｒｏＢｏｌ ｗｏｕｌｄ ｄｉ５啊ｂｕｔｅ以ｏｎｇ山ｅ ａｘｉ窟ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ且ｌｌｙ．Ｔｈｉｅ ｃｏｕｌｄ ｍａｋｅ ｔｈｅ尊ｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｐｔｕ聪ｏｆ ８ｅｍ８０１８ ｂｙ ｍｉｎ
３模拟结果及讨论
３．１ 模拟结果 反应器内按反应条件同时通入气溶胶和气体，３００ ｓ时
及６００ ｓ时物相浓度分布、轴线浓度分布及流场分布如图３ 一图８所示。
１．４０ｅ．０２
１．２０ｅ．０２ １．∞ｃ．０２ ８．００ｃ∞３ ６．伽ｌｅ．０３ ４．００ｃ－０３
＾１０§：）｜Ｅｏ；出ｕ§一足， ２．∞ｃⅢ３
从这些研究结果来看，在大气污染物扩散和室内通风的
敌穰曩鬻：２∞６·１８００；豢蕊嚣翔ｉ ２∞７国８．２２ 纂盒资助：国家重点基础研究发展规划（９７３）项目（２００５ｃＢ４２２２０４） 作者简介：罗铭（１９８２一）．男，硕士研究生，主要研究方向为酸衔形成中的成玻动力学过程，Ｅ－ｍａｉｌ：ｎ吖ｅ盯＠鲫ａｉｌ．ｃｏｍ．
掰速度Ｏ。ｌ∥暑Ｉ最终鬏凝兹在反应器内戆分布藐空蘑及时瓣上瑟砉，在辘线娃垮大体是麓匈分豢，毒淡保溅浚淡稳集黢毅谚
模拟实验的准确性。 荚键词பைடு நூலகம்Ｆｌｕｅｎｔ；多相反应；模拟反应器；数值模拟
审霾分类号：Ｘ １３；ｘ Ｓ１７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００ｌ－４１６０（２００７）０９·１１５３－１１５８
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遴滠联系人，Ｅ－ｍ疆：城ｕ＠冰ｎ。《Ｅ。ｃｎ．
万方数据
１１５４
计算机与应用化学
２００７，２４（９）
研究中，物相多为均相系统，采用的基本上都是Ｅｕｌｅｒ方法， 湍流模型应用＾·占湍流模型。而在反应器内的研究模拟中。 基本上都是二相或三相的非均相系统，于气相部分采用Ｅｕｌ· ｅｒ法描述（湍流模型为％．占模型）。于颗粒相部分采用的是 Ｌａｇｒａｎｇｅ法，采用颗粒轨道模型描述。二者的区别主要在于 前者的各相包括颗粒项都是采用Ｅｕｌｅｒ描述，即用流场来描 述；后者跟踪颗粒，采用Ｌａｇｒａｎｇｅ描述。应用中需要根据不 同用途选择不同的模型。
动量守恒方程：
去（盹）＋毒（砚叶）一老＋鬻＋偌ｔ＋‘（１）
式中ｕ。为ｆ方向流体速度；ｐ为静压力；钆为应力张量，如式 （２）定义；ｐｇ；为重力；，。为其他外力。
铲ｐ【善＋哥争静。 ㈩
式中ｐ为动力黏性系数。 质量守恒方程（连续方程）：
鲁＋毒（肚）－ｓ．
（３）
式中５．为源项。 上述方程组即构成了Ｆｌｕｅｎｔ软件的数学理论基础，用以