新型反应器内气液流动与传质的三维CFD模拟

发布时间：2021-04-25 18:27

　　与传统的化工设备相比,新型的过程强化设备如微反应器、超重力反应器等因其节能降耗等显著特征引起学术研究和工业应用领域的极大关注。由于内部结构的复杂及流体流动多变,强化设备内基础研究相对匮乏。本文在前人成果的基础上,以金属套管式微反应器（MTMCR）和旋转填充床（RPB）为研究对象,建立了反应器内气液流动与传质的三维CFD模型,并采用高速摄像机获得MTMCR中气液流动形态,研究了操作条件和结构参数对气液流动与传质过程的影响规律,为拓展反应器的工业应用提供理论依据。主要研究成果如下:（1）建立套管式微反应器内气液流动的三维CFD模型。结果表明,在套管反应器内气液呈现三种流动形态:液滴流、长液滴流和搅动流;当气体雷诺数超过154,气液比超过11时,流动形态呈现液滴流和长液滴流。（2）在套管式微反应器内气液流动CFD模拟的基础上通过添加组分守恒方程和UDF编写传质通量源项,建立了套管式反应器内水吸收CO2传质过程的三维CFD模型。结果表明,CO2饱和率模拟值与公开文献中的实验结果误差范围在±10%;随气量增加,液相传质系数及体积传质系数、液相中CO2的饱和率都增大;随着液量增大,液相传质系数及体... 

【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】：96 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 文献综述
    1.1 前言
    1.2 气液接触过程
        1.2.1 气液流动的研究
        1.2.2 气液传质理论
    1.3 计算流体力学简介
        1.3.1 计算流体力学的求解过程
        1.3.2 守恒方程
        1.3.3 湍动模型简介
        1.3.4 多相流模型简介
    1.4 微反应器
        1.4.1 微反应器的特点
        1.4.2 微反应器内气液流体力学特征
        1.4.3 微反应器中气液传质
    1.5 旋转填充床
        1.5.1 旋转填充床的特点
        1.5.2 旋转填充床内流体力学特征
    1.6 本文研究的目的与主要内容
第二章 金属套管式微反应器内气液流动CFD模拟
    2.1 引言
    2.2 可视化实验
    2.3 CFD模型建立
        2.3.1 物理模型与网格划分
        2.3.2 数学模型
        2.3.3 CLSVOF模型
        2.3.4 多孔介质模型
        2.3.5 边界条件及求解方法
        2.3.6 网格无关性验证
    2.4 结果分析与讨论
        2.4.1 模型验证
        2.4.2 套管内气液流场分析
        2.4.3 气液流量的影响
        2.4.4 环隙微通道宽度的影响
        2.4.5 微孔孔径的影响
    2.5 本章小结
第三章 套管微反应器内气液传质的三维CFD模拟
    3.1 引言
    3.2 CFD模型建立
        3.2.1 近界面的传质模型
        3.2.2 控制方程
        3.2.4 边界条件及求解方法
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 模型验证
        3.3.2 流场分析
        3.3.3 气液流量的影响
    3.4 本章小结
第四章 旋转填充床内气液流动的三维CFD模拟
    4.1 引言
    4.2 三维CFD模型
        4.2.1 几何结构及网格划分
        4.2.2 数学模型
        4.2.3 边界条件及求解方法
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 旋转填充床内气相流场分析
        4.3.2 气量的影响
        4.3.3 转速的影响
        4.3.4 旋转填充床内气液逆流的流场分析
    4.4 本章小结
第五章 结论与建议
    5.1 结论
    5.2 建议
参考文献
致谢
攻读学位期间的研究成果和发表的学术论文目录
作者及导师简介
附件


【参考文献】：
期刊论文
[1]规整丝网填料旋转填充床的气相压降特性及脱硫性能[J]. 赵志强,初广文,罗勇,邹海魁,向阳,陈建峰.  过程工程学报. 2014(05)
[2]旋转床超重力环境下多相流传递过程研究进展[J]. 张建文,高冬霞,李亚超,陈建峰.  化工学报. 2013(01)
[3]我国化工过程强化技术理论与应用研究进展[J]. 孙宏伟,陈建峰.  化工进展. 2011(01)
[4]化工过程强化的研究进展[J]. 常凌飞,刘有智.  化工中间体. 2010(08)
[5]化工过程强化技术是节能降耗的有效手段[J]. 方向晨,黎元生,刘全杰.  当代化工. 2008(01)
[6]微反应器的发展现状[J]. 韦广梅,曾尚红.  世界科技研究与发展. 2005(05)
[7]旋转填充床气相压降特性研究[J]. 李振虎,郭锴,陈建铭,周绪美,郑冲.  北京化工大学学报(自然科学版). 1999(04)
[8]超重力技术及其应用[J]. 王玉红,郭锴,陈建峰,郑冲.  金属矿山. 1999(04)

硕士论文
[1]微通道内伴有化学反应气—液两相流与传质的研究[D]. 李春芳.天津大学 2013



本文编号：3159873