厌氧发酵液中气泡生成特性的数值研究

黄思源， 李少白， 曹佰旭， 寇 巍， 于美玲

（1. 沈阳航空航天大学 能源与环境学院， 辽宁 沈阳 110136； 2. 辽宁省能源研究所有限公司， 辽宁 营口115003）

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在解决养殖业粪便垃圾带来的环境污染问题的诸多方法中，厌氧发酵是处理规模化养殖粪便最有效的方法之一。 厌氧发酵方法在进行粪便无害化处理的同时， 还能产生可再生清洁能源——沼气[1]，[2]。畜禽粪便的厌氧发酵过程是典型的气-液-固三相流动过程， 固相分散在液相中，气相则以气泡的形式存在于厌氧发酵液中，该三相体系具有非牛顿流体的特性[3]。 气泡运动行为，尤其是其生成特性，对厌氧发酵过程的传质和传热速率乃至发酵效率具有十分重要的影响。

目前，由于厌氧发酵液的非透明性、复杂的流变特性，针对厌氧发酵液中气泡生成特性的研究相对较少，只有少数学者对剪切变稀流体中的气泡生成特性进行了研究。 杨辉利用VOF-CSF法对幂律型剪切变稀流体中的双喷嘴气泡的生成和聚并行为进行了数值模拟，探讨了双喷嘴处气泡生成过程中的聚并行为[4]。 Li 利用高速摄像技术对羧甲基纤维素溶液（剪切变稀流体）和甘油溶液（牛顿流体）中的气泡生成过程进行了实验对比，考察了流体流变性质对气泡生成特性的影响[5]。 Jiang 和Fan 应用激光技术实验研究了牛顿流体（甘油溶液）和剪切变稀流体（聚丙烯酰胺溶液）中的单气泡生成过程，考察了流体流变性质对气泡生成特性的影响[6]，[7]。Fan 也采用VOF-CSF方法对剪切变稀流体中的单气泡生成过程进行了数值模拟，探讨了气泡纵横比和体积的演变规律[8]。……