摘    要：以16 l内循环气升式环流反应器为对象，使用fluent 6 3软件对采用不同导流筒直径值的反应器中气液两相流动的过程进行计算流体力学仿真，研究导流筒直径变化对气升式环流反应器中气舍率和循环液速的影响。，结果表明，气体由反应器底部入口进入反应器后，气液混合物沿导流筒内部上升至反应器顶邵，随后沿导流筒外部下降，形成反应器中的循环增大导流筒直径在一定范围内能够提高反应器中的气含率，但同时也会造成循环液速的下降，并且给出了所涉对象中导流筒直径的****取值区间。

关键词：气升式环流反应器；气舍率；循环液速；导流筒直径；cfd仿真

中图分类号：tp 27    文献标识码：a

    生物发酵涉及复杂的微生物代谢，生产中的补料量、补料方式、通气量等都会对发酵生产产生影响。气升式环流反应器是生物发酵生产过程中的一类重要设备，它兼具结构简单、造价低、能耗低等优点，目前已广泛应用于化工、生制药及环保行业，它尤其适用于耗氧量较低的生物应过程（如维生素c的发酵生产）。由于气升式环流反应器内部流态和传质的复杂性，其优化设计问题迄今仍未获决。

  气含率和循环液速是体现气开式环流反应器性能的2个重要参数，而反应器中的导流简直径这一结构变量会对这2个参数产生影响。本文采用计算流体力学仿真工具，将重点研究导流简直径对于气升式环流反应器内流态的影响。

    本文研究的气升式环流反应器基本外观结构如图1所示。

   

    反应器外筒内部有一个导流筒，将反应器外筒内部划分为导流筒内侧（上升段）和导流筒外侧（下降段）2个区域。初始状态的反应器充有常温液态水。气相（空气）由反应器底部气体人口喷人反应器，沿上升段上升，并由反应器顶部的排气口排出。由于反应器上升段和下降段中混合物的气含率不同，在反应器的上升段和下降段之间形成了静压力差，反应器中的液体在气体的带动下上升至导流筒顶部后，在静压力差的推动下，再由下降段回流至反应器底部，形成了气升式环流反应器内部物质循环流动的推动力。

  本文研究的反应器模型的外形尺寸为：反应器高100 cm，外简直径11 cm，反应器底部气体入口直径为5 cm，通人气体线速度为0.01 m/s。本文分别对采用不同导流简直径取值(d=7.5，8.0，8.5，9.0 cm)的反应器进行流态仿真。

    1)仿真平台及模型介绍计算流体力学是建立在经典流体动力学与数值计算方法基础上的一门新型独立学科，通过计算机数值计算和图像显示的方法在时间和空间上定量描述流场的数值解。

   

    图2可知，混合物由导流筒内侧（上升段）上升至反应器顶部，并由导流筒外侧（下降段）下降回流至反应器底部，形成了反应器内的物质循环。

    由图3可知，气体在导流筒内部分布较高，计算流体力学软件是ansys公司的fluent 6.3软件，选用了基于两相均使用欧拉方程描述的欧拉模型，该模型对每个相求解一组运动方程和连续性方程，通过压力和相间交换系数进行耦台，耦合结果取决于所涉及的相的类型。在gambit中分别画出采用不同导流简直径时气升式环流反应器的结构图，以同样的规则对其划分网格并设定边界类型。将在cambit中生成的mesh文件导人fluent，采用瞬态计算模型，设定两相为液态水和空气，其中液态水为第一相，空气为第二相。参照实际生产操作的条件，设置初始状态时静止液面高度为82 cm，人口类型为速度人口，出口类型为压力出口，气体以nm/s的线速度由反应器底部气体入口沿竖直向上方向进入反应器内。迭代达到稳态后，即