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鼓泡塔反应器是一种最常见和最重要的多相流反应器,在多个领域有着广泛的应用。到目前为止,人们对于鼓泡塔反应器内的流体力学行为的认识仍然不够充分。对鼓泡塔反应器进行深入的研究和学习,可以为反应器的设计、优化、放大和操作提供理论依据和科学指导,具有重要意义。本文以CFD-PBM耦合模型为基础,构建鼓泡塔反应器内气液流动与传质的三维CFD模型,研究鼓泡塔反应器内气液两相的流动过程和传质过程,主要研究结果如下:(1)构建鼓泡塔反应器内气液两相流动的三维CFD模型,研究鼓泡塔反应器内气液两相的流动过程。结果显示,在较低表观气速下,单一气泡尺寸模型和PBM模型的模拟值差异不大,PBM模型所得到的轴向液速和轴向气速更接近于实验值。当表观气速较低时,气泡间的聚并与破碎现象不明显;当表观气速增大时,鼓泡塔反应器内气液两相流动的流型开始从均匀鼓泡区转变为非均匀鼓泡区,气含率与轴向液速和轴向气速径向分布的变化规律相似,随表观气速的增大而增大,而气液相界面积则先增大后减小;当表观液速增大到一定数值后,鼓泡塔反应器内气液两相的流动方向发生改变。(2)构建鼓泡塔反应器内气液两相传质的三维CFD模型,研究鼓泡塔反应器内气液两相的传质过程。不同表观气速下,整体气含率和液相体积传质系数的模拟结果与实验数据的整体误差均在±15%以内,且随表观气速的增加而减小。随高度的增加,气含率呈先增大后减小的趋势,气液相界面积在鼓泡塔中心区域先减小后增大,而在近壁区域却变化不大,而液相体积传质系数则是先减小后增大;随表观气速的增加,气含率、气液相界面积和液相体积传质系数的变化规律基本上相同,均是逐渐增加;随初始液相高度的增加,气含率径逐渐减小到一定程度后不再变化,气液相界面积和液相体积传质系数则是先增大后减小。(3)构建鼓泡塔反应器内气液两相流动的三维CFD模型,研究湍流模型对鼓泡塔反应器内气液两相流动模拟的影响。成功验证了 WA湍流模型的有效性和准确性,结果发现WA模型的模拟值总体上显示出与实验数据的最佳一致性。SSTk-ω模型的湍动能偏差最大;随高度的增加,标准k-ε模型的湍动能逐渐减小,而WA和SSTk-ω模型略微增加。湍动耗散率的变化规律类似于湍动能的变化规律。湍流粘度的分布趋势在中心区域相对平坦,在近壁区域则迅速减小。标准k-ε模型的湍流粘度比SST k-ω和WA湍流模型的湍流粘度高2～3倍。对于气含率,SSTk-ω和WA模型的径向分布几乎相同,标准k-ε模型由于气泡停留时间的增加而较高;随高度的增加,气含率的分布变得更加平坦。基于气含率和Sauter直径,由标准k-ε模型计算得到气液相界面积的值最大。