本文關(guān)鍵詞：微通道內(nèi)液—液傳質(zhì)與相分離模擬研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：微通道反應(yīng)器由于尺寸效應(yīng)而具有優(yōu)越的傳質(zhì)傳熱性能,已經(jīng)成為目前研究的重點(diǎn)課題。針對(duì)兩相傳質(zhì)反應(yīng)體系,快速相分離可以實(shí)現(xiàn)這些反應(yīng)的基本要求,因此用微分離器進(jìn)行相分離也逐漸受到研究者的青睞。本文采用VOF方法和界面捕捉法模擬了彎曲通道、雙極T型以及擴(kuò)張微通道充滿兩相液彈流的過程;以入口夾角為60°Y型微通道為模型,對(duì)通道內(nèi)液彈內(nèi)流場進(jìn)行分析,證明了內(nèi)循環(huán)的存在;考察了通道內(nèi)兩相流壓降分布,分析了水相入口壓力、液彈流速度、通道直徑、壁面潤濕性等對(duì)壓強(qiáng)的影響;并研究了壁面剪應(yīng)力的分布以及速度對(duì)剪應(yīng)力的影響。然后根據(jù)壓降平衡模型分析操作條件以及物性參數(shù)等對(duì)相分離性能的影響,包括液兩相表觀流速、兩相流率比、支管長度比、潤濕性能、表面張力等因素。并模擬了垂直T型和夾角為60°Y型相分配器液彈流平均分配過程。最后,采用CFD模擬的方法,使用FLUENT軟件,利用UDF語言程序,模擬了微通道反應(yīng)器中兩相液彈流傳質(zhì)過程,并研究了反應(yīng)對(duì)傳質(zhì)的強(qiáng)化過程。通過對(duì)Fluent模擬的結(jié)果進(jìn)行后處理,結(jié)果表明:微通道內(nèi)兩相流壓降隨著速度的增大,直徑的減小而增大。液彈流流率比、支管長度比、潤濕性能、表面張力對(duì)相分離性能影響顯著;兩相流流率、通道直徑、支管夾角對(duì)相分離性能無影響。本文采用界面固定模型模擬微通道內(nèi)油水兩相傳質(zhì)與反應(yīng)過程。結(jié)果表明:增大流速、擴(kuò)散系數(shù)及流量比、減小直徑均促進(jìn)傳質(zhì)系數(shù)增大。我們選用Hatta數(shù)判斷反應(yīng)的快慢,該反應(yīng)為傳質(zhì)和反應(yīng)共同控制。在水相中進(jìn)行酯化反應(yīng)加強(qiáng)了傳質(zhì),我們用增強(qiáng)因子定量分析了反應(yīng)加強(qiáng)傳質(zhì)的過程。本文將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果進(jìn)行了比較,總體來說模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果趨勢一致,該模型能較好的模擬微通道內(nèi)傳質(zhì)反應(yīng)過程。最后我們還采用了充分發(fā)展模型考察了整個(gè)通道內(nèi)水相中乙酸正丁酯的總濃度。
【關(guān)鍵詞】：CFD 模擬 相分離 微反應(yīng)器 液液傳質(zhì)
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ021.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 文獻(xiàn)綜述10-27
• 1.1 引言10-11
• 1.2 微反應(yīng)器概述11-14
• 1.2.1 微反應(yīng)器定義11
• 1.2.2 微反應(yīng)器分類11
• 1.2.3 微反應(yīng)器的特點(diǎn)11-12
• 1.2.4 微反應(yīng)器的構(gòu)型12-13
• 1.2.5 常見的微通道幾何構(gòu)型13-14
• 1.2.5.1 微通道表面性質(zhì)的影響13
• 1.2.5.2 微反應(yīng)器的制造材料13-14
• 1.3 微反應(yīng)器內(nèi)液液兩相流14-19
• 1.3.1 液液兩相流型研究14-17
• 1.3.2 流型形成機(jī)理17-18
• 1.3.3 液液兩相流型特點(diǎn)簡介18-19
• 1.4 傳質(zhì)理論19-23
• 1.4.1 微流體力學(xué)的基本概念19-20
• 1.4.2 傳質(zhì)模型20-21
• 1.4.3 傳質(zhì)中用的幾個(gè)準(zhǔn)數(shù)[74]21-22
• 1.4.4 微通道的液液兩相流的傳質(zhì)研究方法22-23
• 1.5 微通道內(nèi)液液兩相分離23-26
• 1.6 本論文的主要研究內(nèi)容26-27
• 第二章 微通道兩相流特性27-52
• 2.1 兩相界面特性分析方法27-33
• 2.1.1 Young-Laplace方程27-29
• 2.1.2 表面張力和壁面粘附力29-30
• 2.1.3 Fluent的相關(guān)描述30-31
• 2.1.4 接觸角特性31-33
• 2.2 微通道內(nèi)液液兩相流的流體力學(xué)模擬33-36
• 2.2.1 微混合器幾何結(jié)構(gòu)33-34
• 2.2.2 液液兩相流數(shù)值模擬34
• 2.2.3 模型建立和網(wǎng)格劃分34-35
• 2.2.4 控制方程35
• 2.2.5 邊界條件35-36
• 2.2.6 求解方法36
• 2.3 計(jì)算結(jié)果與討論36-50
• 2.3.1 網(wǎng)格大小對(duì)模擬結(jié)果的影響36-37
• 2.3.2 三種通道內(nèi)液彈流形成和發(fā)展過程37-38
• 2.3.3 微通道內(nèi)兩相流速對(duì)流型的影響38-40
• 2.3.4 微通道內(nèi)兩相壓強(qiáng)40-47
• 2.3.4.1 入口壓力的變化41-42
• 2.3.4.2 液彈流速對(duì)微通道內(nèi)壓力的影響42-43
• 2.3.4.3 微通道內(nèi)徑對(duì)壓力的影響43-44
• 2.3.4.4 微通道內(nèi)壁面潤濕性對(duì)壓力的影響44-45
• 2.3.4.5 不同結(jié)構(gòu)微通道壓力比較45-47
• 2.3.5 剪應(yīng)力47-49
• 2.3.6 液膜內(nèi)速度的分布49-50
• 2.4 本章小結(jié)50-52
• 第三章 微通道兩相分離52-77
• 3.1 微分離器幾何結(jié)構(gòu)建立和邊界條件的確定52-54
• 3.1.1 幾何結(jié)構(gòu)的建立52-53
• 3.1.2 網(wǎng)格劃分53
• 3.1.3 邊界條件的設(shè)定53-54
• 3.2 數(shù)值求解方法，初始化以及迭代計(jì)算54
• 3.3 微通道兩相分離機(jī)理54-56
• 3.4 模擬結(jié)果與分析56-70
• 3.4.1 數(shù)值模擬的可行性和準(zhǔn)確性56
• 3.4.2 表觀流速的影響56-58
• 3.4.3 流率比的影響58-62
• 3.4.4 壁面潤濕性的影響62-64
• 3.4.5 支管角度的影響64-65
• 3.4.6 支管長度比例的影響65-67
• 3.4.7 內(nèi)徑的影響67-68
• 3.4.8 連續(xù)相粘度的影響68-69
• 3.4.9 界面張力的影響69-70
• 3.5 相分配過程70-71
• 3.6 兩相液彈流分離壓力分析71-75
• 3.7 本章小結(jié)75-77
• 第四章 微通道內(nèi)液液兩相傳質(zhì)模擬77-96
• 4.1 計(jì)算模型77-78
• 4.2 固定界面模型的計(jì)算區(qū)域與邊界條件78-79
• 4.3 求解方法79-80
• 4.3.1 時(shí)間步長79
• 4.3.2 迭代次數(shù)79-80
• 4.4 傳質(zhì)模擬的結(jié)果與討論80-91
• 4.4.1 流場80-81
• 4.4.2 物理傳質(zhì)81-86
• 4.4.2.1 流速對(duì)傳質(zhì)過程的影響82-83
• 4.4.2.2 通道內(nèi)徑對(duì)傳質(zhì)過程的影響83-84
• 4.4.2.3 擴(kuò)散系數(shù)對(duì)傳質(zhì)過程的影響84
• 4.4.2.4 流量比對(duì)傳質(zhì)過程的影響84-85
• 4.4.2.5 氫氧化鈉濃度對(duì)傳質(zhì)過程的影響85-86
• 4.4.3 化學(xué)傳質(zhì)86-90
• 4.4.4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證90-91
• 4.5 固定結(jié)構(gòu)模型91-94
• 4.6 本章小結(jié)94-96
• 第五章 結(jié)論與展望96-98
• 5.1 結(jié)論96-97
• 5.2 展望97-98
• 參考文獻(xiàn)98-109
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明109-110
• 符號(hào)說明110-112
• 致謝112-113

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