柠檬酸是世界上以生物化学方法生产量最大的有机酸，我国的菌种、发酵技术，特别是直接深层发酵工艺在国际处于领先地位，但是发酵设备比较陈旧，还是沿袭传统的通用式发酵罐。近年来，为使发酵罐能适应不同发酵液的培养条件，增产降耗，柠檬酸行业对改进发酵罐结构、提高发酵罐效率做了许多研究工作，但是并没有对原来发酵罐做彻底的研究，找出溶氧浓度低的主要原因。　　 本论文以CFX4.4为工具，运用湍流运动方程组及气泡多相流MUSIG(multiple-size-group)数学模型，以100 m3的传统柠檬酸发酵罐内的搅拌、气泡运动过程为研究对象，在几何建模、网格划分、网格质量分析等工作的基础上，以3种具有典型意义的气泡尺寸分组及实际的操作参数为计算条件，采用CFD技术模拟预测出罐内的湍流速度场、气泡体积组分空间分布场，并探讨了不同的通气量对罐内气泡体积分布的影响规律性，分析了发酵罐内溶氧浓度低的主要原因，即大部分的空气并没有被完全分散，而是在空气喷射动量的作用下，射向发酵罐底部的桶壁附近，直接在液体内部形成比较大的空气穴。在该空气穴内，其空间体积主要是被空气占有，最终形成了一个大直径气泡占主要份额的空间通道，一旦进入该通道内的空气，将会很快地运动到发酵罐内液面上去，形成了空气的短路通道。其结果对认识与改进发酵罐内的溶氧率提供了理论依据。其次，本文在自己建立的充气搅拌实验装置上，对不同搅拌转速条件下，装置内的气泡运动规律进行了拍摄，CFD数值模拟的结果表明，气泡在空间上的主要分布规律两者基本吻合，从而验证了CFD技术及MUSIG模型的准确性和可靠性。