来源：中国科学院上海高等研究院
气液体系广泛存在于能源和环境领域的碳中和技术，如二氧化碳捕集、烯烃氢甲酰化、加氢等过程，气泡因其形变、运动、聚并和破碎等复杂的介尺度特性，直接影响多相混合、相间界面传质和最终反应速率，多尺度气泡流控有助于调控反应转化率和选择性，从而提升经济和环境效益。
近日，中国科学院上海高等研究院（以下简称“上海高研院”）唐志永团队在AI辅助多尺度气泡能源化工过程强化系列研究（Chem. Eng. J 354 (2018) 304-313，；Chem. Eng. Sci. 229(2021) 116092；Ind. Eng. Chem. Res. 61(2022), 48;Chem. Eng. J 465 (2023) 142763）的基础上，提出了变径分布器产生多尺度气泡诱导调控流型和针对性强化反应的模型。相关工作以“Effects of gas distributor on hydrodynamics in gas–liquid bubble column by visual experiments and CFD simulations”为题发表在Chemical Engineering Journal上。
研究者设计了边缘强曝气/中心强曝气两种模式的变径分布器，通过多相流可视化实验，确立了“气泡聚并诱导”和“分布器诱导”两种流型转变机制，建立了考虑分布器效应的多尺度气泡聚并和破碎模型（TFM-PBM）。结果表明，采用中心强曝气方式的气体分布器，具有较高的上升速度和剪切速率，可以改善混合，有利于强化传质受限的反应（如加氢反应、氢甲酰化反应）。而边缘强曝气模式的分布器具有较低的剪切效应，较适用于细胞生长过程（如微藻培养等）。这项研究为传质受限和剪切受限等反应过程强化提供了不同的优选路径，为促进二氧化碳捕集、烯烃氢甲酰化和油品加氢等多相能源化工过程强化提供新思路和新方法。
本文的通讯作者为中国科学院上海高等研究院赵陆海波副研究员和华东理工大学夏梓洪博士。该研究工作得到了国家自然科学基金（22278418）和中国科学院战略性先导项目（ XDA0390501）支持。
文章链接：
https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.158476
