鼓泡塔反应器是一种广泛应用于化工、石油、生物和冶金工业等领域的多相流反应装置,其优点有催化剂耐久性高、传热传质优良、无移动部件、易于操作和维护。鼓泡塔虽结构简单,但其内部的局部流动、湍流结构和气液两相之间的相互作用非常复杂。为了进一步加深对鼓泡塔内流动特性的理解,本文以一种边壁空气注入式的鼓泡塔作为研究对象,运用可视化实验方法,重点分析鼓泡塔内的近壁效应,气泡形状、尺寸和液相自由表面高度;同时,嵌入自编程序修正数值计算模型,验证鼓泡塔内的近壁效应和多相流模型的准确性。本文的主要研究内容如下:1)采用多面体网格对鼓泡塔内的单相流动进行了网格无关性检验。相比于其它网格划分方法,多面体网格具有更多相邻的网格和更精确的速度求解梯度。本文运用STAR CCM+软件分别对水和空气进行了稳态和非稳态模拟。两种模拟结果均显示,为了获得合理的单相流模拟结果,所需要的最小的网格数量为50万。通过对比模拟中监控的参数和残差值发现,正交残差和均方根残差都可以作为收敛的判定标准。2)可视化研究边壁空气注入式鼓泡塔的内流特性。实验中观察到注入的气泡贴合鼓泡塔进气口下游壁面前行,近壁效应持续距离约6cm;通过高速相机捕捉到不同尺寸气泡的形状和分布情况,同时记录下了液相自由表面高度(0.84m)。3)可视化实验结果验证多相流模拟的准确性。本文分别采用了多面体网格,裁剪网格和结构网格进行了多相流模拟。模拟结果显示,多面体网格可以获得理想的液相自由表面高度,但是不能够展现近壁效应;裁剪网格和结构网格能够展现近壁效应,但其近壁效应持续的距离与实验还有较大差别,同时模拟中的气泡形状与实验的差别较大。因此,本文在裁剪网格中嵌入自编程序生成自适应网格,该网格划分法可以随着流动的发展对气泡周围的网格进行自动加密。对比分析仿真结果发现,自适应网格能够准确地捕捉气泡形状和近壁效应。但是随着流动的发展,模拟中的液相因自由表面解的不连续性所引起的离散误差(伴生涌流),最终会从鼓泡塔中溢出,导致模拟无法展示液相的自由表面。为准确求解液相自由表面高度,本文在自适应网格的基础上增加了交界面动量耗散模型优化多相流模拟。模拟结果显示液相的自由表面无溢出现象,其高度为0.833m接近实验值;但是交界面动量耗散模型减弱了气相与液相之间的动量交换,导致近壁效应持续的距离加长,精度低于采用自适应网格的模拟结果。同时,本文也证明了在自适应网格和交界面动量耗散模型基础上,运用欧拉模型的VOF模型能够很好的展现气泡形状和近壁效应。边壁空气注入式鼓泡塔的实验和仿真研究表明,本文嵌入的自适应网格加密和交界面动量耗散模型能够准确地捕捉鼓泡塔内的近壁效应、气泡形状和液体自由表面,可以为后续的仿真研究和工程应用提供参考和新的见解。