本文選題：撞擊流反應(yīng)器 + 數(shù)值模擬　； 參考：《武漢工程大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：石化和冶金裝備中,生產(chǎn)效率和生產(chǎn)工藝的強化因素常常受到傳質(zhì)傳熱以及各相反應(yīng)等因素的影響,尤其是受反應(yīng)器內(nèi)流場的影響最大。液體連續(xù)相撞擊流反應(yīng)器(簡稱LISR)是目前化工設(shè)備中的一種新型反應(yīng)器,其性能優(yōu)良性能的來源是因為撞擊流中具有強化混合分散的作用,由大量的實驗結(jié)果可知:LISR不僅有很好的分散混合與促進(jìn)反應(yīng)優(yōu)點,還可以明顯促進(jìn)產(chǎn)品性能方面的提升,這些優(yōu)點對于LISR的混合與擴散的過程研究具有必要性。同時,LISR中流體存在流動結(jié)構(gòu)特性和分散特性,特別是流體宏觀分散特性,它影響著流體混合效率和分散效率,在時間域中,宏觀分散發(fā)生在微觀分散的前面,并且宏觀分散所需時間超過微觀分散所需時間,所以縮短反應(yīng)器宏觀分散時間能大大縮短流體總的混合時間,但目前對此的研究偏少,絕大部分是采用實驗的方法流體混合分散性能。本文的研究對象是LISR,在先前實驗?zāi)Ｐ偷慕Y(jié)構(gòu)尺寸基礎(chǔ)上,利用前處理軟件GAMBIT構(gòu)建物理幾何模型并進(jìn)行多網(wǎng)格劃分,其次采用CFD軟件FLUENT對多組不同結(jié)構(gòu)方式與操作條件下的LISR中的流體宏觀分散流場進(jìn)行數(shù)值模擬分析,得到了的流體宏觀分散特性隨各種參數(shù)變化的分布規(guī)律。主要結(jié)果如下:斜槳型下的液體連續(xù)相撞擊流反應(yīng)器所產(chǎn)生的最大壓力波動幅度為16.3911Pa,而螺旋面槳葉只有3.8017Pa;斜槳葉下沿Z軸的平均剪切應(yīng)力為0.0272 N/m2,沿Z軸的流體組分分?jǐn)?shù)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.0226,且其混合時間近似為2.5s;而螺旋面槳葉下沿Z軸的平均剪切應(yīng)力為0.0204 N/m2,沿Z軸的流體組分分?jǐn)?shù)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.0400,混合時間近似為3s;另外,斜槳葉下的體積平均湍動能為0.0401m2/s2,而螺旋面槳葉的體積平均湍動能為0.0185 m2/s2。當(dāng)槳葉轉(zhuǎn)速為1500r/min時,出現(xiàn)最大壓力平均值為245.923Pa,最大湍動能值為0.168m2/s2;而且,槳葉轉(zhuǎn)速的增加使得流體宏觀混合所需的時間變短,但當(dāng)槳葉轉(zhuǎn)速增加到一定程度時,宏觀混合所需的時間隨槳葉轉(zhuǎn)速的變化就不太明顯;導(dǎo)流筒間距的增加對流體最大速度的影響不明顯,軸向壓力在穩(wěn)定時間段內(nèi)的平均壓力呈先增加后減小的規(guī)律,當(dāng)導(dǎo)流筒間距為40mm時出現(xiàn)最大值為6.432Pa;徑向壓力在穩(wěn)定時刻平均壓力先減小后增大,當(dāng)導(dǎo)流筒間距為60mm時出現(xiàn)最大值為99.367Pa;湍動能呈遞減趨勢,最大值為0.088m2/s2;同時,隨著導(dǎo)流筒間距的增大,撞擊區(qū)域也變多,宏觀混合所需時間會慢慢延長,而波動效果很微弱,始終維持在2.5s左右。由以上的模擬結(jié)果可知:安裝斜槳型的LISR較螺旋面槳型具有更佳的混合性能,使流體組分混合更加快速均勻;隨著槳葉轉(zhuǎn)速的增大,LISR內(nèi)流體被甩出導(dǎo)流筒相互碰撞的擠壓作用依次增強,流體與流體之間伴隨的能量轉(zhuǎn)化也越多,直至能量接近飽和時,流體分散效果不再增強。當(dāng)槳葉轉(zhuǎn)速遞增到1500r/min時,此條件的平均壓力值最大,為245.923Pa,最大湍動能值為0.168m2/s2,并且體積平均湍動能明顯大于槳葉轉(zhuǎn)速為500r/min所產(chǎn)生的體積平均湍動能,此時具有更好的宏觀分散效果;導(dǎo)流筒間距從小到大依次遞增時,流體運動的最大速度基本相似;軸向平均壓力先增后減,當(dāng)導(dǎo)流筒間距為40mm時出現(xiàn)最大值為6.432Pa;徑向壓力在穩(wěn)定時刻平均壓力先減小后增大,當(dāng)導(dǎo)流筒間距為60mm時出現(xiàn)最大值為99.367Pa;湍動能呈遞減趨勢,最大值為0.088m2/s2;同時,當(dāng)導(dǎo)流筒間距增大時,LISR的撞擊區(qū)域也相應(yīng)的增大了,這也導(dǎo)致混合時間變長,但總體變化并不是很大,結(jié)果表明,導(dǎo)流筒間距會影響LISR的撞擊區(qū)域的體積,進(jìn)而使撞擊區(qū)域內(nèi)單位體積的物料流體碰撞的作用強度變?nèi)?宏觀混合分散的效果也會相對變?nèi)�。綜上所述,當(dāng)槳型為斜槳時,槳葉轉(zhuǎn)速為1500r/min,導(dǎo)流筒間距為40mm時,具有最佳分散效果。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：武漢工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ052

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本文編號：1755201