定—转子反应器中的流体流动和可视化研究

发布时间：2017-07-21 01:12

  本文关键词：定—转子反应器中的流体流动和可视化研究

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【摘要】：随着对反应过程中的微观混合与传质效果的要求越来越高,许多设备被研发出来,而定-转子反应器(Rotor-stator Reactor,RSR)就是其中的一种。定-转子反应器利用超重力技术原理,通过转子环与定子环的相对运动产生强大的离心力,将液体剪切为微小的液滴、液丝和液膜,达到强化反应的目的。目前在纳米材料的制备方面,RSR已经得到了成功应用。本论文主要开展RSR的基础研究为主要内容,内容包括：RSR内液体流动形态的观测与研究,压降的观测与研究,探索各种实验条件对结果的影响。具体的研究结果如下：1.针对水在RSR中的流动行为开展可视化研究,通过高速摄像机对不同条件下的液滴进行记录,得到其直径和速度。从定/转子甩出后,空腔区中的液滴的直径范围在286-1310微米之间,液滴的速度在1.56-10.06m/s之间。2.对RSR的干床压降和逆流湿床压降进行实验,发现随着转子转速和气量的增加,RSR的干床压降和逆流湿床压降不断增加。随着液量的增加,湿床压降先降低后升高。实验条件相同时,干床压降要高于逆流湿床压降。3.对RSR的干床压降进行FLUENT模拟,得到与实验部分相同的结论。同时,模拟结果显示,随着定/转子层数的增加,RSR的干床压降也会增加。4.利用VOF模型对RSR内的液相流动进行模拟。结果显示：模拟得到的结果与可视化部分的结果吻合度较高,具有很好的参考价值。
【关键词】：定-转子反应器 可视化 压降 FLUENT 流体体积分数 模拟
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ052
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-16
• 符号说明16-17
• 第一章 文献综述17-33
• 1.1 前言17
• 1.2 超重力技术简介17-20
• 1.2.1 超重力技术的原理17
• 1.2.2 旋转填充床17-18
• 1.2.3 旋转填充床的特点18-19
• 1.2.4 定-转子反应器19-20
• 1.2.5 超重力技术的应用20
• 1.3 旋转填充床内的流体力学特征20-25
• 1.3.1 流体流动形态21-22
• 1.3.2 液滴直径与液膜厚度22-23
• 1.3.3 气体压降23-24
• 1.3.4 持液量与停留时间24-25
• 1.3.5 液滴速度25
• 1.4 定-转子反应器中的传质与微观混合研究25-26
• 1.5 计算流体力学26-31
• 1.5.1 CFD的求解过程26-28
• 1.5.2 CFD的实现方法28
• 1.5.3 CFD中的计算模型28-29
• 1.5.4 CFD的优势与不足29
• 1.5.5 CFD的商用软件29-30
• 1.5.6 CFD在化工反应器中的应用30-31
• 1.6 本论文的研究内容及意义31-33
• 第二章 定转子反应器的可视化研究33-47
• 2.1 主要实验设备33-34
• 2.2 实验流程34
• 2.3 数据处理34-35
• 2.4 结果和讨论35-46
• 2.4.1 流体流动分析35-36
• 2.4.2 液滴直径的影响因素36-39
• 2.4.3 液滴速度的影响因素39-43
• 2.4.4 液滴的速度分量的影响因素43-45
• 2.4.5 液滴直径与速度关联式45-46
• 2.5 本章小结46-47
• 第三章 定-转子反应器内气体压降的测量47-59
• 3.1 实验部分47-49
• 3.1.1 实验装置47-48
• 3.1.2 实验流程48
• 3.1.3 实验范围48-49
• 3.2 实验结果及讨论分析49-57
• 3.2.1 干床压降的影响因素49-50
• 3.2.1.1 气量对干床压降的影响49
• 3.2.1.2 转速对干床压降的影响49-50
• 3.2.2 湿床的影响因素50-53
• 3.2.2.1 气量对湿床压降的影响50-51
• 3.2.2.2 转速对湿床压降的影响51-52
• 3.2.2.3 液量对湿床压降的影响52-53
• 3.2.3 转子环层数对压降的影响53-55
• 3.2.4 干床压降与湿床压降的对比55-57
• 3.2.4.1 转速对气体压降的影响55-56
• 3.2.4.2 气量对气体压降的影响56-57
• 3.3 本章小结57-59
• 第四章 定转子反应器内压降的FLUENT模拟59-69
• 4.1 前处理阶段59-60
• 4.1.1 RSR的几何模型59-60
• 4.1.2 网格的划分60
• 4.2 求解器设置60-61
• 4.2.1 计算模型60-61
• 4.2.2 边界条件61
• 4.3 模拟结果分析61-68
• 4.3.1 气体流场特征61-65
• 4.3.2 实验数据与模拟结果的对比65-66
• 4.3.2.1 气量对压降的影响65
• 4.3.2.2 RSR转速对压降的影响65-66
• 4.3.3 径向添加气体导流板对压降的影响66-68
• 4.4 本章小结68-69
• 第五章 定-转子反应器内液体流动的FLUENT模拟69-83
• 5.1 前处理阶段69-70
• 5.1.1 RSR的几何模型69-70
• 5.1.2 网格的划分70
• 5.2 求解器设置70-71
• 5.2.1 计算模型70
• 5.2.2 边界条件70-71
• 5.3 模拟结果分析71-79
• 5.3.1 液相流场特征71-72
• 5.3.2 转速对液滴的影响72-75
• 5.3.3 液量对液滴的影响75-77
• 5.3.4 定/转子层数对液滴的影响77-79
• 5.4 模拟与可视化数据79-82
• 5.4.1 对于液滴直径的影响80-81
• 5.4.2 对于液滴速度的影响81-82
• 5.5 本章小结82-83
• 第六章 结论与建议83-85
• 6.1 主要结论83
• 6.2 建议83-85
• 参考文献85-89
• 致谢89-91
• 研究成果及发表的学术论文91-93
• 作者和导师简介93-95
• 附件95-96

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本文编号：570805