[发明专利]一种臭氧反应器内反应分布的优化设计方法

权利要求书

1.一种臭氧反应器内反应分布的优化设计方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）选取研究对象；选取的研究对象为臭氧反应器；

（2）根据研究对象建立模型、网格划分；主要包括：采用三维建模软件按照步骤（1）中选取的臭氧反应器的几何尺寸进行三维几何建模及网格划分；

（3）确定模拟实验的物理模型及边界条件、进行模拟实验；所述物理模型主要包括：

（3.1）臭氧反应器内的流场采用三维稳态模型，采用流体力学控制方程，连续性方程（1）和动量守恒方程（2）来模拟计算：

（1）

（2）

其中为体积平均的密度，为流速，p为压强，为应力张量， 和 分别表示重力和外部受力；

整体流态采用Eulerian多相流模型模拟为气液两相流；清水或甲酸溶液为连续相，臭氧氧气混合气为分散相；流场在初始时充满连续相液体，液相中的紊流采用k-ɷ紊流模型模拟；

（3.2）溶质离子的物料传输采用物料传输控制方程来模拟计算：

（3）

其中，Y_i为第i个反应离子的质量分数；u_j为沿j坐标方向的水流速度；D_i表示扩散系数；R_i为反应源/汇项，在本模型中将化学反应模拟成物料传输方程中的源/汇项，S_i表示除化学反应之外的源/汇项；其中反应源/汇项，通过将表1所示的臭氧自分解过程的基元反应组来分别计算，其中紊流的亚网格效应采用涡耗散模型计算得到的反应速率与基元反应反应速率常数计算的反应速率取较低项进行模拟；

表1臭氧自分解基元反应组

所述物理模型还包括臭氧溶解过程采用Lewis-Whitman双膜法模拟，将气液交界面分离为靠近气体一侧的气膜和靠近液体一侧的液膜；臭氧从液膜溶解到液体采用物料传输方程来计算，公式如下：

（4）

其中，C*为离子在液体中的饱和浓度，由亨利定律决定；k为离子在液体中的物料传输系数；a为气液交界面面积；

（4）进行验证实验并将验证实验的数据与模拟实验的数据进行比较，确认模型的正确性。

2.根据权利要求1所述的一种臭氧反应器内反应分布的优化设计方法，其特征在于：所述步骤（1）中选取的臭氧反应器为圆柱形，所述臭氧反应器底部设置曝气装置、侧壁底部设置进水口、侧壁上部设置出水口、顶部设置出气口；所述步骤（2）中几何建模所用到的模拟地形主要包括液面、对称面、进水口、出水口及曝气装置；所述网格划分主要为曝气装置及其正上方区域建立平均尺寸为2 mm的六面体网格来提高局部网格精度，以准确模拟气泡上升流，其余区域采用最大尺寸为3mm的四面体网格。