模拟研究软弹性反应器中的混合现象

发布时间：2024-02-03 03:40

　　传统的化工反应器通常是由刚性材料制成的硬式反应器,其器壁容器壁不能运动,无法主动参与内部物料的混合和反应,因此需要借助搅拌器、静态混合器等辅助装置实现内部物料的有效混合。然而,传统机械混合的方式在处理高粘性物料时存在很大的局限,特别是当雷诺数比较低时,往往导致反应器内物料浓度分布严重不均。此外,因为传统刚性反应器的器壁是固定不动的,物料很容易粘附沉积在内壁上造成结垢问题。针对这些问题,在动物上消化道工作机制的启示下,课题组发展了一种新型的软弹性反应器(Soft-elastic Reactors,SER)。反应器选用具有良好透明度、韧性和弹性的有机硅橡胶制成,在驱动装置下实现反应器壁面的反复形变。通过壁面运动实现高粘度物料的混合,且可避免物料在内壁上结垢。为了充分理解SER的混合机理。本论文利用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)研究SER的混合行为。为简单起见,也为了获得对SER更准确的理解,我们利用ANSYS Fluent动网格技术,建立了二维模型。这种方法可以有效模拟反应器壁面多种多样的运动,我们对其中两种运动模式进行了系统的研究,模拟分...

【文章页数】：89 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 前言
    1.1 引言
    1.2 传统化工反应器
        1.2.1 管式反应器
        1.2.2 釜式反应器
        1.2.3 床层反应器
        1.2.4 塔式反应器
    1.3 柔性反应器
        1.3.1 柔性大鼠胃仿生消化系统
        1.3.2 柔性人胃仿生系统
        1.3.3 柔性小肠仿生系统
        1.3.4 软弹性反应器
    1.4 CFD简介和应用
    1.5 Fluent动网格技术简介
    1.6 本论文的研究内容和意义
第二章 软弹性反应器数值建模
    2.1 模型介绍
    2.2 基本守恒方程
        2.2.1 连续性方程
        2.2.2 动量守恒方程
        2.2.3 能量守恒方程
        2.2.4 组分运输方程
    2.3 混合时间定义
第三章 软弹性反应器的CFD模拟结果与讨论
    3.1 不同示踪剂注入位点对混合的影响
    3.2 雷诺数对混合的影响
    3.3 边界运动幅度对混合的影响
    3.4 皮克列数对混合的影响
    3.5 流场分析
    3.6 粘度对混合的影响
    3.7 混合水平的频率分布
    3.8 软弹性反应器的优化设计探索
        3.8.1 圆角对混合的影响
        3.8.2 不同长高比对混合时间的影响
        3.8.3 运动边界的波数对混合时间的影响
    3.9 本章小结
第四章 不同柔性反应器的CFD模拟
    4.1 椭球型软弹性反应器模拟的初步探索
        4.1.1 二维椭球型软弹性反应器建模
        4.1.2 初步结果展示
    4.2 小肠模拟的初步探索
        4.2.1 小肠孤立收缩运动的模拟
        4.2.2 速度场分析
        4.2.3 小肠蠕动的模拟
        4.2.4 速度场分析
    4.3 人胃模拟的初步探索
        4.3.1 模拟方法
        4.3.2 初步模型展示
第五章 结论与展望
    5.1 主要结论
    5.2 工作展望
专业术语
参考文献
科研成果
致谢



本文编号：3893655