综述：数字孪生技术在电动汽车电池状态估计中的集成应用综述

这篇综述系统探讨了喷雾塔在工业规模CO2捕集中的应用，通过实验与计算流体动力学（CFD）模拟相结合，揭示了多喷嘴配置下气液传质与湍流混合的耦合机制，为优化碳捕集系统（CCS）的液气比（L/G）、液滴特性等关键参数提供了理论依据。

　　

喷雾塔碳捕集技术的多尺度模拟与实验验证

3.1 化学反应的动力学机制

在NaOH溶液吸收CO₂的过程中，关键反应包括CO₂水合生成碳酸氢根（HCO₃^-）和碳酸根（CO₃^2-），其速率受伪一级反应动力学控制。当NaOH浓度高于1M时，OH^-与CO₂的快速反应主导吸收过程，生成Na₂CO₃的净反应效率可达97%。扩散系数D_l随溶液粘度变化，在5M NaOH中降至5.67×10^-7 cm²/s，显著影响界面传质。

3.2 湍流模型的实现

采用Realizable k-ε模型解析气相湍流，通过输运方程量化涡旋动能（k）和耗散率（ε）。在侧向进气口区域（R2），气体射流产生剪切层涡（Re_d≈14,000），使液滴雷诺应力提升40%，强化了径向混合。液滴拖曳系数C_D采用Morsi-Alexander模型，在200-3000 μm粒径范围内精度达±5%。

5.4 区域化流动特征

将4米高塔体划分为四个特征区：R1（预混区）呈现低速回流，液滴滞留时间延长15%；R2（进气区）因侧向射流形成强涡，湍流动能（TKE）峰值达0.8 m²/s²；R3（喷嘴区）的液滴群（Sauter平均直径D₃₂=1200 μm）产生二次破碎，使比表面积增加3倍；R4（出口区）出现轴向流主导的浓度极化现象。

5.8 液滴行为调控

当L/G比从2.3增至7.0 kg/kg时，200 μm液滴的分散度提升60%，但过量喷淋（>12 L/min）会导致液滴聚并。CFD模拟显示，150 m³/h气流量下，500-1500 μm液滴群可实现89%的CO₂脱除率，而>2000 μm液滴因沉降过快使效率降低22%。

5.10 工业验证数据

在瑞典Link?ping的垃圾发电厂实测表明，优化后的多喷嘴系统在11%入口CO₂浓度下，吸收效率达43%（Q_g=100 m³/h，15wt% NaOH）。CFD预测与实验偏差<8%，证实了欧拉-拉格朗日框架对工业尺度模拟的适用性。该研究为第二代碳捕集装置的设计提供了关键参数数据库。