本文關(guān)鍵詞：快速噴射混合強(qiáng)化共沉淀反應(yīng)過程實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬

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【摘要】：本文以一種多孔錯(cuò)流射流(MOIT)噴射反應(yīng)器為研究對(duì)象,采用實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法對(duì)噴射反應(yīng)器內(nèi)的液體湍流混合特性以及其強(qiáng)化共沉淀反應(yīng)可控制備硫酸鋇過程進(jìn)行了研究。分別考察了噴射反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)、操作條件、反應(yīng)器的幾何放大等因素對(duì)物料之間的湍流混合特性的影響規(guī)律；在此基礎(chǔ)上研究了該類反應(yīng)器可控制備硫酸鋇的共沉淀反應(yīng)過程,從過飽和度角度出發(fā),分別考察了反應(yīng)器結(jié)構(gòu)、操作條件、反應(yīng)物料濃度等因素對(duì)反應(yīng)器內(nèi)過飽和度、晶體成核及生長速率的影響,從微觀混合與沉淀反應(yīng)機(jī)理層面研究了噴射共沉淀過程可控制備納米硫酸鋇(粒徑大小及其分布)的科學(xué)規(guī)律。針對(duì)噴射反應(yīng)器內(nèi)的液體湍流混合過程,研究結(jié)果表明：采用大渦模擬方法,亞格力應(yīng)力模型為動(dòng)態(tài)動(dòng)能亞格子模型,當(dāng)網(wǎng)格尺度D/△x=55時(shí),通過大渦模擬得到的瞬態(tài)濃度場分布、濃度脈動(dòng)等都能夠與PLIF實(shí)驗(yàn)結(jié)果較好吻合；與傳統(tǒng)的T型反應(yīng)器相比,本文提出的多孔錯(cuò)射流噴射混合器能夠更好地強(qiáng)化物料之間的混合,混合過程湍動(dòng)能及其耗散分布更加均勻；速度比是影響該反應(yīng)器內(nèi)的流體混合效率的重要因素,隨著速度比增大,湍流渦數(shù)量逐漸增加且分布更為均勻,湍流強(qiáng)度逐漸增強(qiáng),亞格子尺度上的湍動(dòng)能耗散逐漸加快,有利于強(qiáng)化反應(yīng)器內(nèi)物料之間的混合；保證混合過程平均速度、速度比以及射流小孔數(shù)量不變,對(duì)多孔錯(cuò)流射流噴射反應(yīng)器的主管徑與射流孔徑進(jìn)行同比例放大的過程中,發(fā)現(xiàn)其具有明顯的放大效應(yīng),相同位置處的湍動(dòng)能耗散速率、速度場脈動(dòng)強(qiáng)度都會(huì)相應(yīng)減弱,混合效果逐漸變差；保證混合管直徑以及射流孔總面積不變,改變射流小孔的直徑及數(shù)量,在相同的速度比下,考察各混合器內(nèi)兩股流體的混合效果發(fā)現(xiàn),增加射流小孔數(shù)量,減小孔徑,混合效果先變好,后變差,存在最優(yōu)設(shè)計(jì),對(duì)于管徑為40mm的反應(yīng)器,當(dāng)射流小孔數(shù)量為12,孔徑為5.78mm時(shí),混合效果最好。利用多孔錯(cuò)流射流噴射混合器,通過Na2SO4與BaC12液相共沉淀反應(yīng)制備了硫酸鋇納米顆粒,采用TEM對(duì)最終制備所得的硫酸鋇納米顆粒進(jìn)行表征,考察了平均雷諾數(shù)對(duì)顆粒平均粒徑及顆粒粒徑分布的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：隨著雷諾數(shù)的增加顆粒粒徑先減小然后逐漸趨于不變；顆粒的粒徑分布則是先變窄而后逐漸保持不變；另外由本文的多孔錯(cuò)射流反應(yīng)器制備所得的硫酸鋇納米顆粒分散性較好,團(tuán)聚少。針對(duì)噴射共沉淀過程制備硫酸鋇顆粒的數(shù)值模擬,在標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型的基礎(chǔ)上耦合群體平衡(PBM)模型,對(duì)共沉淀反應(yīng)過程制得的硫酸鋇的平均粒徑及其分布進(jìn)行了預(yù)測。模擬結(jié)果表明：隨著雷諾數(shù)的增加,微觀混合速率逐漸接近沉淀反應(yīng)速率,混合對(duì)于沉淀反應(yīng)過程的影響逐漸減小,過飽和度的分布更加均勻,最終顆粒平均粒徑逐漸減小,分布逐漸變窄；初始反應(yīng)物料濃度增加,過飽和度先明顯增加且分布范圍變窄,然后逐漸趨于穩(wěn)定,對(duì)應(yīng)的晶體成核以及生長速率明顯增加,平均粒徑則先迅速減小后緩慢增大,由于微觀混合時(shí)間不變,反應(yīng)時(shí)間減短,對(duì)應(yīng)Da準(zhǔn)數(shù)變大,粒徑分布變寬；保持混合管直徑不變(D=4mm)以及射流孔總面積不變,改變射流小孔的直徑及數(shù)量,在完全相同的進(jìn)料情況下,隨著射流小孔數(shù)量的增加,反應(yīng)器內(nèi)過飽和度的分布更加均勻,晶體的成核以及生長速率的分布更加均一,所得的顆粒粒徑更小,粒徑分布更窄；保持射流小孔數(shù)量不變,同比例增加主流管徑及射流孔徑,混合時(shí)間以及反應(yīng)時(shí)間均出現(xiàn)明顯的增加,Da準(zhǔn)數(shù)變化不大,最終所得顆粒平均粒徑明顯增加,粒徑分布變化不大,反應(yīng)器具有較為明顯的放大效應(yīng)。
【關(guān)鍵詞】：噴射反應(yīng)器 混合 沉淀反應(yīng) 數(shù)值模擬 過程強(qiáng)化
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ052
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論及文獻(xiàn)綜述11-33
• 1.1 引言11-12
• 1.2 沉淀反應(yīng)過程12-18
• 1.3 共沉淀反應(yīng)過程設(shè)備18-23
• 1.4 流體混合過程數(shù)值模擬方法23-27
• 1.5 沉淀反應(yīng)過程模擬研究進(jìn)展27-32
• 1.6 本文主要研究內(nèi)容32-33
• 第二章 MOIT噴射反應(yīng)器內(nèi)湍流混合過程數(shù)值模擬33-63
• 2.1 大渦模擬方法及結(jié)果驗(yàn)證33-39
• 2.2 噴射反應(yīng)器結(jié)構(gòu)對(duì)湍流混合特性影響39-46
• 2.3 操作條件對(duì)混合過程湍流特性影響46-53
• 2.4 噴射混合過程放大53-61
• 2.5 本章小結(jié)61-63
• 第三章 MOIT噴射反應(yīng)器可控制備BaSO_4實(shí)驗(yàn)研究63-69
• 3.1 實(shí)驗(yàn)原料與儀器63-64
• 3.2 實(shí)驗(yàn)方法與內(nèi)容64-65
• 3.3 樣品表征與分析65-66
• 3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論與分析66-67
• 3.5 本章小結(jié)67-69
• 第四章 噴射共沉淀法可控制備納米BaSO_4過程模擬69-88
• 4.1 噴射共沉淀過程數(shù)值模擬方法69-71
• 4.2 模擬結(jié)果驗(yàn)證71-72
• 4.3 雷諾數(shù)對(duì)沉淀反應(yīng)過程的影響分析72-75
• 4.4 初始反應(yīng)物料濃度對(duì)沉淀反應(yīng)過程影響分析75-79
• 4.5 反應(yīng)器結(jié)構(gòu)對(duì)沉淀反應(yīng)過程影響分析79-82
• 4.6 反應(yīng)器放大過程對(duì)沉淀反應(yīng)的影響分析82-86
• 4.7 本章小結(jié)86-88
• 第五章 結(jié)論及展望88-90
• 5.1 結(jié)論88-89
• 5.2 展望89-90
• 參考文獻(xiàn)90-96
• 碩士期間科研成果96-97
• 致謝97

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中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 方宜;快速噴射混合強(qiáng)化共沉淀反應(yīng)過程實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬[D];東南大學(xué);2016年

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本文編號(hào)：1083018