段五华，王澄谦，郑 强

（清华大学 核能与新能源技术研究院，北京 100084）

0 引言

环隙式离心萃取器是一种高效的溶剂萃取设备，其工作区结构如图1所示，主要由转筒和外壳构成。其工作过程和优点可参考文献[1]。目前，环隙式离心萃取器已广泛用于核工业、废水处理、生物化工、制药、稀土分离和湿法冶金等许多工业领域[2-9]。

图1 环隙式离心萃取器Fig.1 Annular centrifugal contactor

要实现环隙式离心萃取器的科学设计和运行调控，必须准确掌握环隙式离心萃取器内流体流动特性。然而，环隙式离心萃取器混合区内流体流动是一种特殊的泰勒-库特（Taylor Couette）流，比较复杂，同时，其结构也较复杂，这样导致难以采用传统的实验方法来准确获得和描述其混合区内流体流动特性，使得目前其设计和运行调控尚缺乏科学性。近年来，计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）模拟已广泛应用于各种设备内流体流动特性的研究[10-11]，并已应用于环隙式离心萃取器内流体流动特性的研究，特别是对气-液两相流流动的模拟研究较多[1，12-13]，但对气 - 液 - 液三相流流动的模拟研究较少，而离心萃取器实际生产运行时都是气-液-液三相流。

气-液-液三相流的CFD模拟研究主要可分为两大类，一类是关注各相界面的形状与形变的“真实”模拟，一类是忽略界面形状信息的简化模拟。在当前的计算能力下，由于环隙式离心萃取器内气-液-液三相流流动高度复杂，因此，“真实”模拟很难进行。在简化模拟中，群体平衡模型（Population Balance Model，PBM）是最常用研究多相流动体系中分散相分布的模拟方法，其核心思想是通过跟踪实体（颗粒、液滴、气泡、细胞、事件等）的数，将实体的微观行为（聚并、破碎、成核、生长等）和宏观属性（颗粒数密度、粒径、面积、体积等）联系起来。……