离子液体-固体颗粒搅拌体系中的流体动力学特性研究
发布时间：2021-02-28 02:55
离子液体作为一种新型溶剂,具有诸多优良的物理化学性能,有望成为化工领域的新一代溶剂和介质。多相搅拌反应釜作为常用的混合和反应设备,在化工、冶金、生物等行业均有着广泛的应用。深入研究离子液体在多相搅拌釜中的流动特性,将为离子液体绿色反应分离新工艺和设备的设计提供了重要的依据。本文结合实验及模拟研究方法,对搅拌釜中的离子液体-颗粒两相流开展研究,主要研究内容和结果如下:（1）离子液体中单颗粒的曳力系数研究。实验测定了单颗粒在离子液体中的曳力系数,结果发现,经典的曳力系数模型无法直接用于离子液体体系中曳力系数的预测。采用无量纲分析法,建立了两种新的曳力系数模型,在提高该物理量预测精度的同时,探讨了表面性质对于曳力系数的影响规律。（2）建立搅拌釜中离子液体-颗粒体系的数值模拟模型。采用欧拉多相流模型,结合离子液体中颗粒的曳力系数,对搅拌釜中离子液体体系液-固流动行为进行数值模拟。将模拟结果与实验对比验证,结果表明新模型具有更高的计算精度（最大实验及模拟误差为8.89%）。模拟结果发现颗粒最大悬浮高度同搅拌桨转速正相关,与两相速度场轴向速度为零的分界线几乎重合。另外,采用标准偏差法进行固体颗粒的...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：108 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号说明
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 离子液体多相流流体动力学研究现状
1.2.1 离子液体体系气-液两相流单气泡的实验研究
1.2.2 离子液体体系气-液两相流多气泡的实验研究
1.2.3 离子液体体系气-液两相流单气泡的模拟研究
1.2.4 离子液体体系气-液两相流多气泡的模拟研究
1.2.5 离子液体体系三相流的实验研究
1.3 分子型溶剂中液-固两相流动的研究现状
1.3.1 液-固搅拌体系中的常用实验观测方法
1.3.2 颗粒粒度测量方法
1.3.3 液-固搅拌体系的颗粒悬浮状态评价
1.3.4 分子型溶剂中液-固体系曳力系数模型的研究现状
1.3.5 分子型溶剂中液-固搅拌体系的流体动力学模拟研究现状
1.4 多相搅拌的CFD理论模型
1.4.1 搅拌桨区域的处理方法
1.4.2 湍流模型
1.4.3 多相流的描述方法
1.5 本文研究背景和主要研究内容
第二章 离子液体体系中单颗粒运动的实验研究
2.1 引言
2.2 离子液体中单颗粒的动力学实验研究
2.2.1 实验试剂
2.2.2 实验仪器
2.2.3 实验装置
2.2.4 实验过程描述
2.2.5 图像分析和计算方法
2.3 实验结果及讨论
2.3.1 离子液体的物性数据
2.3.2 离子液体中颗粒运动的曳力系数关联式
2.3.3 离子液体-固体颗粒曳力系数预测模型
2.4 反应界面性质的离子液体-颗粒体系曳力系数模型
2.4.1 接触角测量实验方案及结果
2.4.2 新曳力系数模型的误差分析
2.5 本章小结
第三章 搅拌釜中离子液体-颗粒两相流的实验研究
3.1 引言
3.2 搅拌釜内多颗粒搅拌实验过程
3.2.1 实验试剂
3.2.2 实验仪器
3.2.3 实验装置
3.2.4 实验准备工作及实验过程
3.3 离子液体-多颗粒搅拌实验结果分析
3.3.1 局部/整体固含量比值与转速的关系
3.3.2 监测点颗粒的粒径分布随转速的变化关系
3.4 本章小结
第四章 搅拌釜中离子液体-颗粒两相流的数值模拟
4.1 引言
4.2 数学模型及求解策略
4.2.1 欧拉-欧拉模型
4.2.2 数值模拟的求解策略及边界条件
4.2.3 网格无关性及网格质量
4.3 搅拌釜中离子液体-多颗粒两相流的流动模拟结果讨论
4.3.1 实验结果及模拟结果对比
4.3.2 不同转速下液-固搅拌体系的流场分析
4.3.3 不同固含量固-液搅拌流场分析
4.3.4 离子液体体系颗粒悬浮评价的探索
4.4 本章小结
第五章 FCCS-CFD耦合计算液-固搅拌釜中的流场特性
5.1 引言
5.2 FCCS-CFD耦合方法及求解策略
5.2.1 离子片热力学（FCCS）模型
5.2.2 CFD模型及求解策略
5.3 FCCS-CFD模型验证及结果讨论
5.3.1 模型及实验结果对比验证
5.3.2 不同温度对于搅拌流场的影响
5.4 不同离子液体搅拌流场的探究
5.5 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 主要结论
6.2 展望
参考文献
附录A
致谢
研究成果及发表的学术论文
作者及导师简介
附表
【参考文献】：
期刊论文
[1]库尔特原理及其应用[J]. 杨文志,王晓东,李橙. 工程研究-跨学科视野中的工程. 2016(06)
[2]颗粒计数仪在氧化铝生产粒度分析中的应用[J]. 鲁显书,熊刚. 科技展望. 2016(23)
[3]Numerical simulation of CO2-ionic liquid flow in a stirred tank[J]. Zailong Ouyang,Di Bao,Xin Zhang,Haifeng Dong,Ruiyi Yan,Xiangping Zhang,Suojiang Zhang. Science China（Chemistry）. 2015(12)
[4]椭球颗粒搅拌运动及混合特性的数值模拟研究[J]. 刘扬,韩燕龙,贾富国,姚丽娜,王会,史宇菲. 物理学报. 2015(11)
[5]液固两相流声发射检测系统设计及实验评价[J]. 刘刚,陈超,韩金良,钱致颖. 振动与冲击. 2012(22)
[6]化工搅拌釜内流动测量技术的应用进展[J]. 杨斌,高凯,淡勇,郝惠娣. 化工进展. 2012(11)
[7]鼓泡塔中离子液体-空气两相流的CFD-PBM耦合模拟[J]. 徐琰,董海峰,田肖,张香平,张锁江. 化工学报. 2011(10)
[8]各种粒度表征技术的相关性研究[J]. 谭立新,蔡一湘,余志明,梁泰然. 材料研究与应用. 2011(01)
[9]PIV技术及其在两相流测量中的应用[J]. 万立国,任庆凯,田曦,艾胜书,刘自放. 环境科学与技术. 2010(S2)
[10]无挡板搅拌槽中液-固体系的分散特性[J]. 单贤根,禹耕之,杨超,毛在砂,杜令忠,张伟刚. 过程工程学报. 2008(01)
硕士论文
[1]水体中污染物浓度场的水槽实验及数值模拟[D]. 王晓莉.上海海洋大学 2014
本文编号：3055206
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：108 页
【学位级别】：硕士
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摘要
ABSTRACT
符号说明
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 离子液体多相流流体动力学研究现状
1.2.1 离子液体体系气-液两相流单气泡的实验研究
1.2.2 离子液体体系气-液两相流多气泡的实验研究
1.2.3 离子液体体系气-液两相流单气泡的模拟研究
1.2.4 离子液体体系气-液两相流多气泡的模拟研究
1.2.5 离子液体体系三相流的实验研究
1.3 分子型溶剂中液-固两相流动的研究现状
1.3.1 液-固搅拌体系中的常用实验观测方法
1.3.2 颗粒粒度测量方法
1.3.3 液-固搅拌体系的颗粒悬浮状态评价
1.3.4 分子型溶剂中液-固体系曳力系数模型的研究现状
1.3.5 分子型溶剂中液-固搅拌体系的流体动力学模拟研究现状
1.4 多相搅拌的CFD理论模型
1.4.1 搅拌桨区域的处理方法
1.4.2 湍流模型
1.4.3 多相流的描述方法
1.5 本文研究背景和主要研究内容
第二章 离子液体体系中单颗粒运动的实验研究
2.1 引言
2.2 离子液体中单颗粒的动力学实验研究
2.2.1 实验试剂
2.2.2 实验仪器
2.2.3 实验装置
2.2.4 实验过程描述
2.2.5 图像分析和计算方法
2.3 实验结果及讨论
2.3.1 离子液体的物性数据
2.3.2 离子液体中颗粒运动的曳力系数关联式
2.3.3 离子液体-固体颗粒曳力系数预测模型
2.4 反应界面性质的离子液体-颗粒体系曳力系数模型
2.4.1 接触角测量实验方案及结果
2.4.2 新曳力系数模型的误差分析
2.5 本章小结
第三章 搅拌釜中离子液体-颗粒两相流的实验研究
3.1 引言
3.2 搅拌釜内多颗粒搅拌实验过程
3.2.1 实验试剂
3.2.2 实验仪器
3.2.3 实验装置
3.2.4 实验准备工作及实验过程
3.3 离子液体-多颗粒搅拌实验结果分析
3.3.1 局部/整体固含量比值与转速的关系
3.3.2 监测点颗粒的粒径分布随转速的变化关系
3.4 本章小结
第四章 搅拌釜中离子液体-颗粒两相流的数值模拟
4.1 引言
4.2 数学模型及求解策略
4.2.1 欧拉-欧拉模型
4.2.2 数值模拟的求解策略及边界条件
4.2.3 网格无关性及网格质量
4.3 搅拌釜中离子液体-多颗粒两相流的流动模拟结果讨论
4.3.1 实验结果及模拟结果对比
4.3.2 不同转速下液-固搅拌体系的流场分析
4.3.3 不同固含量固-液搅拌流场分析
4.3.4 离子液体体系颗粒悬浮评价的探索
4.4 本章小结
第五章 FCCS-CFD耦合计算液-固搅拌釜中的流场特性
5.1 引言
5.2 FCCS-CFD耦合方法及求解策略
5.2.1 离子片热力学（FCCS）模型
5.2.2 CFD模型及求解策略
5.3 FCCS-CFD模型验证及结果讨论
5.3.1 模型及实验结果对比验证
5.3.2 不同温度对于搅拌流场的影响
5.4 不同离子液体搅拌流场的探究
5.5 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 主要结论
6.2 展望
参考文献
附录A
致谢
研究成果及发表的学术论文
作者及导师简介
附表
【参考文献】：
期刊论文
[1]库尔特原理及其应用[J]. 杨文志,王晓东,李橙. 工程研究-跨学科视野中的工程. 2016(06)
[2]颗粒计数仪在氧化铝生产粒度分析中的应用[J]. 鲁显书,熊刚. 科技展望. 2016(23)
[3]Numerical simulation of CO2-ionic liquid flow in a stirred tank[J]. Zailong Ouyang,Di Bao,Xin Zhang,Haifeng Dong,Ruiyi Yan,Xiangping Zhang,Suojiang Zhang. Science China（Chemistry）. 2015(12)
[4]椭球颗粒搅拌运动及混合特性的数值模拟研究[J]. 刘扬,韩燕龙,贾富国,姚丽娜,王会,史宇菲. 物理学报. 2015(11)
[5]液固两相流声发射检测系统设计及实验评价[J]. 刘刚,陈超,韩金良,钱致颖. 振动与冲击. 2012(22)
[6]化工搅拌釜内流动测量技术的应用进展[J]. 杨斌,高凯,淡勇,郝惠娣. 化工进展. 2012(11)
[7]鼓泡塔中离子液体-空气两相流的CFD-PBM耦合模拟[J]. 徐琰,董海峰,田肖,张香平,张锁江. 化工学报. 2011(10)
[8]各种粒度表征技术的相关性研究[J]. 谭立新,蔡一湘,余志明,梁泰然. 材料研究与应用. 2011(01)
[9]PIV技术及其在两相流测量中的应用[J]. 万立国,任庆凯,田曦,艾胜书,刘自放. 环境科学与技术. 2010(S2)
[10]无挡板搅拌槽中液-固体系的分散特性[J]. 单贤根,禹耕之,杨超,毛在砂,杜令忠,张伟刚. 过程工程学报. 2008(01)
硕士论文
[1]水体中污染物浓度场的水槽实验及数值模拟[D]. 王晓莉.上海海洋大学 2014
本文编号：3055206
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3055206.html
