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Keywords:

  • bubble column;
  • gas-liquid flow;
  • mixing;
  • CFD;
  • unsteady flow

Abstract

Gas-liquid flows in bubble column reactors are inherently unsteady. In the present work, we have characterized dynamics of gas-liquid flow in rectangular bubble columns and studied the role of unsteady flow structures in liquid phase mixing using experiments and CFD simulations. The need for considering the unsteady nature of gas-liquid flows was demonstrated by using mixing simulations carried out with transient and time-averaged flow. A new methodology of using a computationally amenable 'multiple snapshots' approach, which can adequately account for dynamics of underlying flow, is proposed. CFD simulations were carried out to study the influence of superficial gas velocity and height-to-width ratio on mixing time. The predictions were compared with mixing time measured using conductivity probes. The present work gives useful insights into the mixing process in inherently unsteady flows.

Les écoulements gaz-liquide dans les réacteurs à colonnes à bulles sont intrinsèquement instationnaires. Dans le présent travail, on a caractérisé la dynamique du débit gaz-liquide dans des colonnes à bulles rectangulaires et étudié le rôle des structures d'écoulement instationnaires dans le mélange en phase liquide à l'aide d'expériences et de simulations par CFD. Le besoin de considérer la nature instationnaire des débits gaz-liquide est démontré par des simulations de mélange réalisées avec un écoulement transitoire et moyenné dans le temps. On propose une nouvelle manière d'utiliser une méthode d'instantanés multiples calculés par ordinateur permettant de prendre en compte de façon adéquate la dynamique de l'écoulement sous-jacent. Des simulations par CFD permettent d'étudier l'influence de la vitesse de gaz superficielle et le rapport hauteur-largeur sur le temps de mélange. Les prédictions sont comparées avec le temps de mélange mesuré avec les sondes de conductivité. Ce travail s'avère utile pour comprendre le procédé de mélange dans des écoulements intrinsèquement instationnaires.