[发明专利]升流式生物制氢反应器流场模拟方法

权利要求书

1.升流式生物制氢反应器流场模拟方法，其特征在于它是对升流式生物制氢反应器的模拟，所述升流式生物制氢反应器由反应区(1)、进水区(2)、边壁(3)、溢流槽(4)、气体收集区(5)和三相分离区(6)组成，所述边壁(3)为圆柱形空心体，边壁(3)下端底部为进水区(2)，进水区(2)的底部设置有进水口，反应区(1)在边壁(3)内部并且设置在进水区(2)上方，三相分离区(6)设置在边壁(3)的内部并且在边壁(3)的上部，三相分离区(6)的上方设置有气体收集区(5)，三相分离区(6)与气体收集区(5)相连通，气体收集区(5)与三相分离区(6)衔接部位设置有溢流槽(4)，所述溢流槽(4)的底部设置有出水口；

具体过程如下：

步骤一、将升流式生物制氢反应器剖面按照反应区(1)、进水区(2)、边壁(3)、溢流槽(4)、气体收集区(5)和三相分离区(6)分别划分网格单元，所述网格单元的网格线与反应区(1)、进水区(2)、边壁(3)、溢流槽(4)、气体收集区(5)和三相分离区(6)各自剖面内流体流动方向一致；

步骤二、建立升流式生物制氢反应器剖面的二维计算域欧拉-欧拉三相流体模型，获得质量守恒方程和动量守恒方程，其中废水为液态相，污泥为固态相，发酵气体为气态相；

步骤三、建立升流式生物制氢反应器剖面的葡萄糖发酵降解动力学模型，获得葡萄糖发酵降解速率方程；

步骤四、确定求解步骤二所述的二维计算域欧拉-欧拉三相流体模型的边值条件和初始条件；

步骤五、按照步骤一所划分网格单元，采用分离式解法中的SIMPLE算法，耦合葡萄糖发酵降解速率方程，求解步骤二所述的质量守恒方程和动量守恒方程，获得升流式生物制氢反应器剖面内每个网格单元的流场数据；

步骤六、判断步骤五获得的每个网格单元的流场数据是否小于收敛残差；如果是，则返回升流式生物制氢反应器剖面内每个网格单元的流场数据，否则，重新确定网格单元的疏密程度，返回执行步骤一。

2.根据权利要求1所述的升流式生物制氢反应器流场模拟方法，其特征在于步骤一中网格单元为四边形网格单元，其中进水区(2)和三相分离区(6)的网格比反应区(1)、溢流槽(4)和气体收集区(5)密集；

步骤六中收敛残差为1.0E-3。

3. 根据权利要求1所述的升流式生物制氢反应器流场模拟方法，其特征在于步骤二中建立升流式生物制氢反应器剖面的二维计算域欧拉-欧拉三相流体模型，获得质量守恒方程和动量守恒方程，具体为：

废水为液态相连续流，污泥为固态相连续流，发酵气体为气态相连续流；气、液、固三相连续流根据各自的体积分率共享压力场；每一相的运动由各自对应的动量守恒方程和质量守恒方程控制；

各相的质量守恒方程亦即连续方程，如下所示：

液态相的质量守恒方程为：；

固态相的质量守恒方程为：；

气态相的质量守恒方程为：；

其中，是液态相的浓度，是固态相的浓度，是气态相的浓度，是液态相的体积分率，是固态相的体积分率，是气态相的体积分率，是液态相的速度矢量，是固态相的速度矢量，是气态相的速度矢量；

并且液态相的体积分率、固态相的体积分率和气态相的体积分率满足兼容性条件：

各相的动量平衡方程，如下所示：

液态相的质量守恒方程为：

               

固态相的质量守恒方程为：

               

气态相的质量守恒方程为：

               

其中，p是压力，是有效粘度，g是重力加速度，M_I是相间传送力，M_I，LG是气态相与液态相之间的传动力，M_I，LS是固态相与液态相之间的传动力。