2025大赛优秀作品 | 基于 Ansys Fluent 的旋流解吸器气液传质强化与 PBM 仿真研究

“Ansys 2025 全球仿真大会”仿真应用大赛优秀作品展示

本届仿真应用大赛最终评选出 30 篇 TOP 优秀作品，分别荣获一、二、三等奖及行业最佳实践奖。近 200 位来自汽车、半导体、高科技、能源等行业的仿真精英参赛，他们以前沿思维与创新实践，充分展现了仿真技术的无限潜能。我们将陆续为大家分享获奖佳作，带您一同领略仿真赋能创新的非凡力量，希望用户能从中汲取灵感、启迪思路。

作品名称：基于 Ansys Fluent 的旋流解吸器气液传质强化与 PBM 仿真研究

作者： 李炎杰 | 华东理工大学 硕士研究生

关键词：平板旋流解吸器，Ansys Fluent，群体平衡模型（PBM），硫化氢脱除

作者说

从平板旋流解吸器研发实践看，Ansys Fluent 的多相流与群体平衡模型（PBM）耦合能力，精准攻克了旋流场中气泡破碎、聚并及气液传质耦合等微观瞬态过程的观测难题。其参数化仿真功能，让射流口、旋流腔等关键结构的优化迭代摆脱了传统实验的桎梏，可直接通过仿真定量分析验证。而仿真与实验数据的高度契合，不仅筑牢了模型可靠性根基，更帮我们实现从 “现象观察” 到 “机制解析” 的跨越，深刻体会到 Ansys 工具在突破实验边界、加速新型气液分离设备研发中的独特赋能。

气液传质分离是化工、环保领域硫化氢脱除的核心过程，广泛应用于油气净化、废水处理等工业场景。传统脱气技术如筛板塔、填料塔依赖重力场驱动传质，存在气液接触不充分、脱除效率低、能耗高的问题，且实验法优化设备结构周期长、成本高昂。本研究设计新型平板旋流解吸器（PCD），通过旋流场强化气液剪切与混合效应突破传统局限。华东理工大学依托 Ansys Fluent 仿真平台，耦合多相流模型与群体平衡模型，精准模拟旋流场中气泡破碎、聚并动态及传质规律，快速迭代优化射流口尺寸、旋流腔高度等关键参数。仿真结果与实验高度吻合，最终实现硫化氢脱除效率 75.7%，体积传质系数较传统设备提升 5-13 倍，大幅缩短工业气液分离设备的研发周期与试错成本。

挑战/需求

传统脱气设备依赖重力传质，气液接触不充分致脱除效率低、能耗高；新型平板旋流解吸器（PCD）借旋流场强化传质，但其内气泡破碎 / 聚并与气液传质的耦合机制属微观瞬态过程，实验难以精准捕捉；同时，射流口尺寸、旋流腔高度等关键参数的实验优化周期长、成本高 。需依托 Ansys Fluent 耦合多相流与群体平衡模型（PBM），定量模拟旋流场特性与传质规律，支撑 PCD 高效设计迭代。

使用工具

Ansys Fluent，Ansys DesignModeler，Ansys CFD-Post

最终成果

传统脱气设备依赖重力传质，体传质系数仅 0.03~0.05 s⁻¹，H₂S 脱除效率不足 55%，能耗高，液硫等高黏度体系中传质效率再降 30%。新型平板旋流解吸器（PCD）借旋流场可将体传质系数提升至 0.16 s⁻¹（传统 5~13 倍），但气泡破碎 / 聚并与传质的微观耦合机制实验难捕捉，关键参数优化周期长、成本高。依托 Ansys Fluent 耦合多相流与 PBM 模型，可定量模拟旋流场与传质规律，支撑 PCD 高效设计。

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