基于 Ansys Fluent 的旋流解吸器气液传质强化与 PBM 仿真研究

作品名称：基于 Ansys Fluent 的旋流解吸器气液传质强化与 PBM 仿真研究

作者： 李炎杰 | 华东理工大学 硕士研究生

关键词：平板旋流解吸器，Ansys Fluent，群体平衡模型（PBM），硫化氢脱除

创新设计 “扁平旋流腔 + 多射流口” 集成结构，通过旋流场离心效应与高速射流剪切协同强化气液传质，突破传统重力驱动设备的传质局限。依托 Ansys DesignModeler 构建三维模型，为后续 Fluent 多相流与群体平衡模型（PBM）耦合仿真提供精准几何基础，支撑实现 H₂S 脱除效率 75.7%、体积传质系数较传统设备提升 5-13 倍的核心成果

气液传质分离是化工、环保领域硫化氢脱除的核心过程，广泛应用于油气净化、废水处理等工业场景。传统脱气技术如筛板塔、填料塔依赖重力场驱动传质，存在气液接触不充分、脱除效率低、能耗高的问题，且实验法优化设备结构周期长、成本高昂。本研究设计新型平板旋流解吸器（PCD），通过旋流场强化气液剪切与混合效应突破传统局限。华东理工大学依托 Ansys Fluent 仿真平台，耦合多相流模型与群体平衡模型，精准模拟旋流场中气泡破碎、聚并动态及传质规律，快速迭代优化射流口尺寸、旋流腔高度等关键参数。仿真结果与实验高度吻合，最终实现硫化氢脱除效率 75.7%，体积传质系数较传统设备提升 5-13 倍，大幅缩短工业气液分离设备的研发周期与试错成本。

挑战/需求

依托 Ansys Meshing 完成 56 万六面体网格收敛验证，通过 Fluent 多相流耦合 PBM 模型，解析旋流射流区湍流剪切驱动气泡破碎的传质规律，模拟与实验压力损失误差≤15%，为平板旋流解吸器的高效设计提供精准仿真支撑

传统脱气设备依赖重力传质，气液接触不充分致脱除效率低、能耗高；新型平板旋流解吸器（PCD）借旋流场强化传质，但其内气泡破碎 / 聚并与气液传质的耦合机制属微观瞬态过程，实验难以精准捕捉；同时，射流口尺寸、旋流腔高度等关键参数的实验优化周期长、成本高 。需依托 Ansys Fluent 耦合多相流与群体平衡模型（PBM），定量模拟旋流场特性与传质规律，支撑 PCD 高效设计迭代。

使用工具

Ansys Fluent，Ansys DesignModeler，Ansys CFD-Post

最终成果

传统脱气设备依赖重力传质，体传质系数仅 0.03~0.05 s⁻¹，H₂S 脱除效率不足 55%，能耗高，液硫等高黏度体系中传质效率再降 30%。新型平板旋流解吸器（PCD）借旋流场可将体传质系数提升至 0.16 s⁻¹（传统 5~13 倍），但气泡破碎 / 聚并与传质的微观耦合机制实验难捕捉，关键参数优化周期长、成本高。依托 Ansys Fluent 耦合多相流与 PBM 模型，可定量模拟旋流场与传质规律，支撑 PCD 高效设计。