Modelling of Gas-Liquid/Gas-Liquid-Solid Flows in Bubble Columns: Experiments and CFD Simulations

Authors


Abstract

Gas-liquid/gas-liquid-solid systems are widely used in the chemical process industry for a variety of applications. In the present work, we have characterized the dynamics of gas-liquid/gas-liquid-solid flows in cylindrical bubble columns using experiments and CFD simulations. The low frequency oscillations corresponding to the local re-circulatory flow were characterized using wall pressure fluctuation measurements. Eulerian-Eulerian two-/three-phase simulations were carried out with a focus on characterizing the dynamic properties of gas-liquid/gas-liquid-solid flows. The effects of superficial gas velocity, H/D ratio and solid loading on the dynamic and time-averaged flow behavior were studied experimentally and computationally. The simulated results were compared with the experimental measurements. The results presented are useful for understanding the dynamics of gas-liquid/gas-liquid-solid flows in bubble columns and provide a basis for further development of CFD models for three-phase systems.

Abstract

Les systèmes gaz-liquide/gaz-liquide-solide sont largement utilisés dans l'industrie des procédés chimiques pour diverses applications. Dans le présent travail, nous avons caractérisé la dynamique des écoulements gaz-liquide/gaz-liquide-solide dans des colonnes à bulles cylindriques par des expériences et des simulations d'écoulement par ordinateur (CFD). Les oscillations de basse fréquence correspondant à l'écoulement de recirculation local ont été caractérisées à l'aide de mesures de fluctuation de pression aux parois. Des simulations eulériennes-eulériennes bi ou triphasiques ont été effectuées en s'intéressant en particulier à la caractérisation des propriétés dynamiques des écoulements gaz-liquide/gaz-liquide-solide. Les effets de la vitesse de gaz superficielle, du rapport H/D et du chargement en solides sur la dynamique et le comportement de l'écoulement moyenné dans le temps ont été étudiés de manière expérimentale et par simulation. Les résultats présentés sont utiles pour comprendre la dynamique des écoulements gaz-liquide/gaz-liquide-solide dans les colonnes à bulles et donnent une base pour développer davantage les modèles de CFD pour les systèmes triphasiques.

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