自吸式反应器耦合传质及生化反应的CFD数值模拟研究的任务书.docx

自吸式反应器耦合传质及生化反应的CFD数值模拟研究的任务书
一、研究背景和意义
自吸式反应器（Self-AspiratingReactor）是一种在传统的反应器中添加气液混合装置，以提高气液传质效率和生化反应效率的一种新型反应器。自吸式反应器可以通过气水混合头或者提供铁磁搅拌来产生气泡，并将气泡带入反应器内部，从而使气液传质效率提高，降低产物的停滞区域，提高反应速度。
因此，对自吸式反应器的研究和优化具有重要的工业应用价值。本次研究的目的是通过CFD数值模拟，探讨自吸式反应器的传质过程、生化反应过程以及二者之间的相互耦合关系，为自吸式反应器的实际应用提供科学的基础和理论支持。
二、研究内容和方法
1.研究内容
（1）建立自吸式反应器的数学模型，包括动量守恒方程、质量守恒方程和能量守恒方程等。
（2）采用CFD方法，对自吸式反应器的传质过程进行数值模拟，分析气泡与液相之间的质量传递过程，探讨气液界面与传质效率之间的关系。
（3）采用CFD方法，对自吸式反应器的生化反应过程进行数值模拟，探讨反应物在反应器中的浓度分布规律和反应速度变化特点。
（4）基于CFD数值模拟结果，研究自吸式反应器传质和生化反应之间的相互耦合关系，分析传质效率和反应速度的影响因素及优化方法。
2.研究方法
（1）建立自吸式反应器的物理模型和数学模型，包括反应器的几何形状、反应物的初始浓度、反应条件等参数的确定。
（2）采用CFD软件进行数值模拟，对自吸式反应器进行流场计算和反应过程分析，获取反应器内部的流动结构、反应速度分布和浓度变化规律等数据。
（3）对数值模拟结果进行分析和验证，通过与实验结果对比，验证数值模拟的准确性和可靠性。
三、研究预期结果
1.建立自吸式反应器的数学模型和计算模型，为后续的数值模拟提供基础。
2.通过CFD数值模拟，揭示自吸式反应器的传质过程和生化反应过程的规律，探讨气泡大小、液相粘度和表面张力等因素对反应速度和传质效率的影响规律。
3.研究自吸式反应器传质和生化反应之间的相互耦合关系，探讨反应器操作条件和结构参数对传质效率和反应速度的优化方法。
四、研究时间安排
本次研究计划周期为6个月，具体时间安排如下：
第1个月：文献调研和相关背景知识学习。
第2-3个月：建立自吸式反应器的数学模型和计算模型，编写计算程序和进行模型计算验证。
第4-5个月：采用CFD数值模拟方法，探讨自吸式反应器传质和生化反应过程，并分析相互耦合关系。
第6个月：进行结果分析与总结，撰写研究报告和论文。
五、研究经费预算
本次研究涉及的经费主要包括实验室供应品、计算资源、研究经费等，预算费用为15万元。具体费用如下：
实验室供应品费用：3万元
计算资源费用：5万元
研究经费：7万元
六、参考文献
[1]雷景镇,赵冬升,赵京旭.自吸式内5种气液体系的传质增强性[J].化工学报,2012,63(S1):102-108.
[2]张宇,刘灵敏.自吸式反应釜在某工艺中的应用[J].化工时刊,2016,(5):31-33.
[3]李辰.自吸式内5种气液体系的传质增强性研究[D].北京化工大学,2016.
[4]BiringenE,WeiT.ComparisonofSeveralEulerianandLagrangianMethodsforComputingBubbleDynamics[J].JournalofComputationalPhysics,1985,61(1):48-58.
[5]PatankarS.NumericalHeatTransferandFluidFlow[M].McGraw-Hill,1980.
[6]ChenG,XuL,Xu,Xetal.SimulatingGas-LiquidFlowsinaStirredTankReactorwithBafflesUsingCFD[J].TheCanadianJournalofChemicalEngineering,2018,96(1):120-130.