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柱塞流电化学反应器(PFER)是一种可以提高电流效率,降低处理成本的新型电化学法处理技术。网板柱塞流电化学反应器(MPE-PFER)因阴阳电极面积相同且垂直于流体流动方向,电极为棱形网孔结构,可解决传统柱塞流电化学反应器电流分布不均、流体速度分布不均、湍流强度不均等不足,有利于污染物的传质和分解。计算流体力学(CFD)可有效模拟反应器内部流场、粒子图像测速技术(PIV)可直观观测反应器内部流场,结合这两种技术可为反应器的性能研究和结构优化提供可靠的依据。 本文采用CFD与PIV相结合的方式,分别模拟和测试了不同进口方式(轴向、径向和切向)对反应器的影响,分析了反应器进口区域的速度场和整个反应器的压强降等水力特性。结果显示,模拟结果与测试结果基本一致,进口区域属流体流动的过渡区域,受进口方式的影响较大。相比其他两种进口方式,切向进口的速度分布均匀,没有大的速度梯度,没有回流死区,电极表面流速也比较适合,且压降最小。 其次,通过DPM模型,分析了不同气泡直径和质量流量对反应器内部流场的影响。模拟结果表明,气泡对连续相流场的影响随着气泡直径的增大而增大,气泡直径较小时,气泡增强湍动且使流场分布变得均匀,而直径较大时,反应器上下部分湍动强度分布不均匀,上端湍动剧烈,而下端出现低湍动区;当气泡量少时,连续相流动起主导作用,气泡对湍动强度的影响不明显,随着气泡的增多,气泡效应越来越明显,流场分布变得越来越均匀。 最后,分别从流场分布和传质性能两方面对比分析了MPE-PFER和PFER的性能。从流场来看,MPE-PFER中流场受进口区域影响小,流场可以更早达到稳定,稳定后径向流速分布更加均匀,在网孔处达到速度峰值;PFER中电极间流场呈抛物线型分布,流场受进口区域影响较大。通过对两种反应器传质半经验公式的分析发现,由于网板电极的存在,MPE-PFER的传质性能明显高于PFER,MPE-PFER的传质关联式是PFER的4.61×u0.23倍,在相同的流量变化下,MPE-PFER传质系数提高的是PFER的两倍。