离子交换膜电解技术是目前氯碱工业中最主要的生产方式,离子膜电解槽作为制碱技术的核心设备,很多学者从温度场、速度场、浓度场、气含率分布以及气液相返混特性等角度对其展开了研究,但是尚未见到对电解槽内气泡动力学方面的研究,而气泡动力学对上述电解槽内的传递特性具有重要影响。在以往对电解槽内传递特性的数值研究中,在模拟工作中,均将气体假设为具有均一直径的气泡。然而,在实际生产过程中,电解槽内气泡之间、气泡与电解液之间存在相互影响关系。这些因素的影响会导致气泡产生聚并、破碎等行为,进而将影响气泡的尺寸及其分布的变化。这些相间作用力对离子膜电解槽内的流体力学行为及流场结构有直接的影响,进而影响电解液的电解效率。因此,研究电解槽内气泡的运动特性具有重要意义。本文利用流体力学软件对电解槽阳极室进行了数值研究,在模拟中利用自定义(UDF)化学反应程序,实现在膜面进行化学反应,建立计算流体力学(CFD)-群体平衡模型(PBM)相耦合的模拟计算方法,将气泡聚并和破碎行为植入到研究模型中,充分研究了当气泡发生上述行为后,对应的分布、尺寸变化情况。同时还对采用CFD-PBM和采用均一气泡尺寸时的模拟结果进行了比较;考察了气泡聚并、破碎行为对气含率分布的影响情况等。利用染料示踪法,对冷模电解槽进行了速度测定,测定了电解槽内不同高度位置液体流动速度,对实验值与模拟结果进行了对比,验证了采用CFD-PBM模型进行电解槽内传递特性模拟的正确性;利用真实电解槽进行电解实验,研究了电解槽内气泡尺寸分布及气泡运动情况,初步揭示了电解槽内的气泡运动特征。本文研究得到的结论如下:(1)采用CFD-PBM模型可以对电解槽内传递特性进行模拟。但是虽然在模拟计算中包括了气泡聚并、破碎等计算气泡运动的多尺度模型,速度的模拟计算结果与冷模实验值仍然存在一定的偏差,平均偏差约为21%。(2)真实电解槽内气泡尺寸分布范围较宽,直径范围在0.064 mm～0.084 mm的气泡的数密度较大,它们在电流密度从4.5 k A/m2提升到5 k A/m2的过程中,以聚并为主。随着电流密度的增加,上述直径范围的气泡数量逐渐减少,直径为0.564 mm的气泡的数量相对较多,且分布范围较广,在整个电解槽内均有不同数量(3)电解槽内气泡的碰撞存在有效碰撞和无效碰撞。气泡的尺寸大小、气泡间的距离、气泡的速度等均会影响气泡的聚并速率和聚并效率。