This work studies the flow characteristics in a Berty reactor, a gradientless reactor for kinetic studies, using three-dimensional (3D) computational fluid dynamics (CFD), and a non-ideal continuous stirred tank reactor (CSTR) model. The state-of-the-art method could describe the flow characteristics including the dead volume, bypassing, and back-mixing inside the Berty reactor to effectively determine the suitable operating conditions with perfect mixing. The limitations of such behaviors are usually observed in most reactors and possibly in the Berty reactor. According to the CFD results, the dead volume could contribute up to 7.42% at atmospheric pressure, while it was observed to be slightly below 1% at a pressure above 6 atm due to improved recirculation inside the Berty reactor. The increment of pressure and impeller speed potentially improves the mixing characteristics of the Berty reactor with an abatement of dead volume. In contrast, the reduction of flow rate significantly leads to limited back-mixing. Bypassing in the Berty reactor could be observed especially in the temperature range of 350–450 °C due to excessively high velocity. This method can be used as a tool for characterizing non-ideal flows and enables researchers to reliably determine the suitable operating windows of perfect mixing for designing intrinsic kinetic experiments in the Berty reactor.

中文翻译：

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使用计算流体动力学 (CFD) 表征 Berty 反应器中的单相流流体动力学

这项工作使用三维 (3D) 计算流体动力学 (CFD) 和非理想的连续搅拌釜反应器 (CSTR) 模型研究 Berty 反应器、用于动力学研究的无梯度反应器中的流动特性。最先进的方法可以描述 Berty 反应器内的死体积、旁路和返混等流动特性，从而有效地确定合适的操作条件并实现完美混合。这种行为的局限性通常在大多数反应堆中观察到，也可能在 Berty 反应堆中观察到。根据 CFD 结果，在大气压下死体积可贡献高达 7.42%，而在高于 6 个大气压的压力下观察到死体积略低于 1%，这是由于 Berty 反应器内的再循环得到改善。压力和叶轮速度的增加可能会改善 Berty 反应器的混合特性，同时减少死体积。相反，流速的降低显着导致有限的返混。由于速度过高，尤其在 350-450 °C 的温度范围内可以观察到 Berty 反应器中的旁路。该方法可用作表征非理想流动的工具，并使研究人员能够可靠地确定完美混合的合适操作窗口，以设计 Berty 反应器中的固有动力学实验。由于速度过高，尤其在 350-450 °C 的温度范围内可以观察到 Berty 反应器中的旁路。该方法可用作表征非理想流动的工具，并使研究人员能够可靠地确定完美混合的合适操作窗口，以设计 Berty 反应器中的固有动力学实验。由于速度过高，尤其在 350-450 °C 的温度范围内可以观察到 Berty 反应器中的旁路。该方法可用作表征非理想流动的工具，并使研究人员能够可靠地确定完美混合的合适操作窗口，以设计 Berty 反应器中的固有动力学实验。