微反应技术作为一种新型的工艺强化手段,具有强化传热传质、高的安全特性、大表面体积比等特点,这些独特的优点使得一些难以在传统反应器上操作的反应可以在微反应器中实现,且商业化生产。本文工作由国家自然基金项目(No.21676257)资助,对气液两相流动的微通道反应器进行了数值模拟,研究其包括流型、压降的流体动力学和传质特性,模拟结果可为微通道的优化设计以及工业上的气液传质提供理论参考。开展的工作和主要结论如下:(1)本文通过CFD软件模拟研究了直径为0.8mm的T型微通道内水-二氧化碳体系的流动特点,得到了不同气液表观速度下的气液两相流流型分布图。通过对比固定参考系和移动参考系下的弹状流流场,发现液膜内流体呈逆流,减小气液接触时间,而气泡两端分布着上下对称的液体涡旋,促进分子扩散,加强传质,同时说明了移动参考系的模拟方法是可行的。(2)分别采用移动参考系下的单相流和两相流模型,对单个气泡单元内的水-二氧化碳物理传质过程进行了模拟研究,发现流体域中的浓度分布和速度场具有很好的协同性。模拟分析了不同因素对气体吸收过程的影响,发现停留时间越短,体积传质系数越大;扩散系数和气泡速度影响最大,高的气泡速度和大的扩散系数可以分别使体积传质系数提高近1.2倍和1.5倍,液膜长度的影响最小,仅在传质前期作用显著,可提高20%。将所得数据和实验结果对比,验证了两相流模型的可靠性,同时提出了初始阶段和反应阶段的体积传质系数预测式,误差在±20%。(3)对单个气泡单元内,醇胺类溶液吸收二氧化碳的化学传质过程进行了模拟研究。结果证明化学反应可以进一步强化气液两相的传质效果,添加反应后的体积传质系数是纯物理吸收下的1-2倍。反应主要在液体域内进行,受到流场的影响,产物越靠近流场漩涡中心,浓度越大。研究了不同反应速率下的传质过程,发现随着反应速率的增加,反应物消耗加快,促进传质进行,体积传质系数变大。对比了不同溶液浓度下的化学传质,发现浓度越高,体积传质系数越高,反应进行越快。分析了各模型因素改变对传质增强因子的影响,结果说明,化学反应和物理吸收是彼此影响的。