新型旋转泡沫洗涤器的流体力学和传质特性研究

发布时间：2017-08-20 19:46

  本文关键词：新型旋转泡沫洗涤器的流体力学和传质特性研究

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【摘要】：新型旋转泡沫洗涤器是利用气-液逆向激烈湍流的、逆向混合的、液体表面快速更新的气-液混合区域而形成的泡沫区强化气液两相传质的一种新型的气液传质设备。与传统洗涤设备相比,具有结构简单、操作方便、使用周期长、适用范围广、设备投资少、净化效率高等特点,可用于冶金、电厂、水泥厂、磷酸厂、焦化厂、炼油厂、锅炉等领域。新型旋转泡沫洗涤器采用气液逆流的方式,使具有一定速度的气—液两种流体沿轴向相向流动,在洗涤管中沿轴向作相向运动,并发生高速碰撞,因而在流体流动通道内产生泡沫层,该泡沫层内存在大量的返混,且液体表面积大、更新快速,利用泡沫层的这些特点可达到气液高效传质、传热的目的。本文从流体力学和传质特性方面对新型旋转泡沫洗涤器进行了研究。对该洗涤器的流体力学特性的研究包括气液两相流体流动液相负荷上下限、气相负荷上下限、压降、射流喷射高度、液速、气速等。结果表明,当液气比的范围为0.009~0.02,气相负荷范围为155.67~355.34 m3/h时,在洗涤管中可以形成稳定泡沫层,此时达到较佳传质效率。根据实验得到的压降曲线、射流喷射高度曲线及其相应的理论关联式,推导可知流体的物系条件、洗涤器的结构、尺寸都影响着新型旋转泡沫洗涤器的流体力学相关性质。本文针对洗涤管内气液两相的流动特点分别建立了一维和二维的流动模型,与实验数据的对比可知,该模型对新型旋转泡沫洗涤器中气液两相的流速分布特点的描述合理。本文根据两相流体的流场分布特点建立了传质微分方程,通过数学计算的方法求解该微分方程,最终得到洗涤器内的传质数学模型。该数学模型反映了洗涤器内自由湍动射流与气体之间高速碰撞后形成的稳定液相旋流与泡沫区内的传质过程,对进一步理解新型旋转泡沫洗涤器中气液传质过程及其传质强化元件的开发及研究有着重大意义。为了探究洗涤器传质强化元件—喷嘴对新型旋转泡沫洗涤器的影响,本文还将动力波喷嘴和螺旋喷嘴结构下的流体力学和传质特性进行了比较。实验结果表明:喷嘴结构在很大程度上影响着流体力学特性和传质特性,动力波喷嘴的传质效率略高,但液相体积传质系数略低,且动力波喷嘴的的阻力比螺旋喷嘴大。
【关键词】：新型旋转泡沫洗涤器 气液传质 流体力学特性 传质特性
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH69
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 主要符号对照表9-11
• 第1章 文献综述11-24
• 1.1 行业背景11-15
• 1.1.1 纺织工业11
• 1.1.2 制药行业11-13
• 1.1.3 钢铁工业13-14
• 1.1.4 石油化工14-15
• 1.2 新型旋转泡沫洗涤器概述15-18
• 1.2.1 概况15
• 1.2.2 工艺原理15-16
• 1.2.3 特点16-18
• 1.2.4 应用18
• 1.3 国内外研究进展18-22
• 1.3.1 工业应用进展19-20
• 1.3.2 理论研究进展20-22
• 1.4 研究目的及内容22-24
• 第2章 新型旋转泡沫洗涤器的流体力学研究24-41
• 2.1 实验装置和流程24-25
• 2.2 流体力学特性25-33
• 2.2.1 负荷性能图25-27
• 2.2.2 压降27-28
• 2.2.3 压降预测28-29
• 2.2.4 喷射高度29-31
• 2.2.5 喷射高度预测31-33
• 2.3 流体流动的数学模型33-40
• 2.3.1 气体流动的数学模型34-35
• 2.3.2 液体流动的数学模型35-40
• 2.4 小结40-41
• 第3章 新型旋转泡沫洗涤器的传质过程研究41-54
• 3.1 传质效率41-42
• 3.2 传质系数42-44
• 3.3 传质过程的数学模型44-48
• 3.4 结果分析与讨论48-53
• 3.4.1 模型计算值与实验结果的对比48-49
• 3.4.2 液气比L/G对传质特性的影响49-50
• 3.4.3 气体流量G对传质特性的影响50-53
• 3.5 小结53-54
• 第4章 喷嘴结构的影响54-62
• 4.1 喷嘴出口流速的计算方法55
• 4.2 流体力学特性的比较55-58
• 4.2.1 负荷性能图56
• 4.2.2 压降56-57
• 4.2.3 喷射高度57-58
• 4.3 传质特性的比较58-61
• 4.3.1 传质效率58-59
• 4.3.2 传质系数59-61
• 4.4 小结61-62
• 第5章 工业应用62-65
• 第6章 结论与建议65-67
• 6.1 结论65-66
• 6.2 建议66-67
• 参考文献67-71
• 致谢71-72
• 附录72-76
• 硕士期间发表的学术论文及研究成果76

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本文编号：708483