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本文以石油化工、环境工程以及生物化工等领域常见的气液(浆)反应器为研究对象，针对此类反应器中气泡直径及其分布的确定这一难点问题进行研究。本研究有助于深入理解此类反应器中的流动行为，为优化现有反应器的操作和更加高效的新型反应器的设计和开发提供指导。
本文首先分析了气-液两相泡状流体系中不同尺度上的流动行为，对气-液体系进行尺度分解。本研究中考虑了由气泡表面振荡所导致的能量耗散，并且在各向同性湍流的假设下将液相湍流中的能耗与气泡破碎所消耗的能量关联起来。借鉴气固体系的多尺度能量最小模型(EMMS)并根据气-固体系与气-液体系之间的相似性，提出了气-液体系中的稳定性条件，从而建立了气-液两相泡状流体系适用的多尺度能量最小模型。通过与文献报道的实验测量结果相对比可以看出：本研究建立的模型可以较好地预测体系中的平均气泡直径和气含率等流动信息。此外，模型还能较好地预测物性参数对体系流动状况的影响。
气液两相泡状流体系中的气泡直径是由气泡破碎-聚并这两种作用共同确定的。通过气泡群平衡模型可以计算体系中的气泡在聚并-破碎两种作用下达到平衡时气泡直径的分布。由于气泡的微观动态行为对气泡的破碎和聚并过程有着重要的影响，有必要在群平衡模型中引入气泡微观动态行为的影响。本研究中改进了气泡破碎模型和聚并模型。改进后的模型可以反映气相密度(或操作压力)对气泡直径的影响。群平衡模型的计算结果也与实验中观察到的结果相一致。本研究尝试了在计算气泡直径的群平衡模型中引入了操作压力的影响。
将双流体方法和群平衡模型相结合，较好地模拟了鼓泡塔反应器中气液两相泡状流的流动行为。鼓泡塔反应器中气液两相的流动形式非常复杂。选择合理的相间作用的形式是获得准确模拟结果的关键，而气泡直径是决定相间作用的最重要的参数。体系中的平均气泡直径是由体系中多种控制机制的协调作用确定的。当体系中的平均气泡直径偏离平衡值时，控制机制之间的平衡被破坏，占主导地位的控制机制将推动体系中的平均气泡直径重新回到平衡值附近。通过分析体系中的平均气泡直径从远离平衡值的位置向平衡值演化的过程，以及在这个过程中体系各部分能耗的变化情况，验证了本研究中提出的气-液两相泡状流体系的稳定性条件。