液体连续相撞击流强化传递过程的宏观分散特性

发布时间：2018-04-15 18:07

本文选题：撞击流反应器 + 数值模拟　；参考：《武汉工程大学》2015年硕士论文

【摘要】：石化和冶金装备中,生产效率和生产工艺的强化因素常常受到传质传热以及各相反应等因素的影响,尤其是受反应器内流场的影响最大。液体连续相撞击流反应器(简称LISR)是目前化工设备中的一种新型反应器,其性能优良性能的来源是因为撞击流中具有强化混合分散的作用,由大量的实验结果可知:LISR不仅有很好的分散混合与促进反应优点,还可以明显促进产品性能方面的提升,这些优点对于LISR的混合与扩散的过程研究具有必要性。同时,LISR中流体存在流动结构特性和分散特性,特别是流体宏观分散特性,它影响着流体混合效率和分散效率,在时间域中,宏观分散发生在微观分散的前面,并且宏观分散所需时间超过微观分散所需时间,所以缩短反应器宏观分散时间能大大缩短流体总的混合时间,但目前对此的研究偏少,绝大部分是采用实验的方法流体混合分散性能。本文的研究对象是LISR,在先前实验模型的结构尺寸基础上,利用前处理软件GAMBIT构建物理几何模型并进行多网格划分,其次采用CFD软件FLUENT对多组不同结构方式与操作条件下的LISR中的流体宏观分散流场进行数值模拟分析,得到了的流体宏观分散特性随各种参数变化的分布规律。主要结果如下:斜桨型下的液体连续相撞击流反应器所产生的最大压力波动幅度为16.3911Pa,而螺旋面桨叶只有3.8017Pa;斜桨叶下沿Z轴的平均剪切应力为0.0272 N/m2,沿Z轴的流体组分分数标准偏差为0.0226,且其混合时间近似为2.5s;而螺旋面桨叶下沿Z轴的平均剪切应力为0.0204 N/m2,沿Z轴的流体组分分数标准偏差为0.0400,混合时间近似为3s;另外,斜桨叶下的体积平均湍动能为0.0401m2/s2,而螺旋面桨叶的体积平均湍动能为0.0185 m2/s2。当桨叶转速为1500r/min时,出现最大压力平均值为245.923Pa,最大湍动能值为0.168m2/s2;而且,桨叶转速的增加使得流体宏观混合所需的时间变短,但当桨叶转速增加到一定程度时,宏观混合所需的时间随桨叶转速的变化就不太明显;导流筒间距的增加对流体最大速度的影响不明显,轴向压力在稳定时间段内的平均压力呈先增加后减小的规律,当导流筒间距为40mm时出现最大值为6.432Pa;径向压力在稳定时刻平均压力先减小后增大,当导流筒间距为60mm时出现最大值为99.367Pa;湍动能呈递减趋势,最大值为0.088m2/s2;同时,随着导流筒间距的增大,撞击区域也变多,宏观混合所需时间会慢慢延长,而波动效果很微弱,始终维持在2.5s左右。由以上的模拟结果可知:安装斜桨型的LISR较螺旋面桨型具有更佳的混合性能,使流体组分混合更加快速均匀;随着桨叶转速的增大,LISR内流体被甩出导流筒相互碰撞的挤压作用依次增强,流体与流体之间伴随的能量转化也越多,直至能量接近饱和时,流体分散效果不再增强。当桨叶转速递增到1500r/min时,此条件的平均压力值最大,为245.923Pa,最大湍动能值为0.168m2/s2,并且体积平均湍动能明显大于桨叶转速为500r/min所产生的体积平均湍动能,此时具有更好的宏观分散效果;导流筒间距从小到大依次递增时,流体运动的最大速度基本相似;轴向平均压力先增后减,当导流筒间距为40mm时出现最大值为6.432Pa;径向压力在稳定时刻平均压力先减小后增大,当导流筒间距为60mm时出现最大值为99.367Pa;湍动能呈递减趋势,最大值为0.088m2/s2;同时,当导流筒间距增大时,LISR的撞击区域也相应的增大了,这也导致混合时间变长,但总体变化并不是很大,结果表明,导流筒间距会影响LISR的撞击区域的体积,进而使撞击区域内单位体积的物料流体碰撞的作用强度变弱,宏观混合分散的效果也会相对变弱。综上所述,当桨型为斜桨时,桨叶转速为1500r/min,导流筒间距为40mm时,具有最佳分散效果。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：武汉工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ052

【相似文献】