本文關(guān)鍵詞：剪切變稀體系下雙軸組合攪拌槳的氣液分散、傳質(zhì)和混合特性研究

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【摘要】：氣液攪拌設(shè)備具有較強(qiáng)的適用性和簡易的操作要求等特點,被廣泛應(yīng)用于生物化工、石油化工等過程工業(yè)中,目的是通過良好有效的氣液兩相接觸,擴(kuò)大氣液相界比表面積,達(dá)到所需要的氣液分散、傳質(zhì)效果。然而當(dāng)前關(guān)于氣液攪拌的研究仍存在不足：首先,研究的對象多為牛頓體系,而實際的攪拌生產(chǎn)中,考慮到研究物系的復(fù)雜性,多以具有剪切變稀特性的非牛頓體系為主。其次,在氣液攪拌體系中所采用的攪拌槳型多為單軸的單層或多層組合攪拌槳,而對在較高粘度體系或近壁區(qū)攪拌中存在明顯優(yōu)勢的雙軸組合攪拌槳的應(yīng)用幾乎空白,亟待補(bǔ)充。因此,本文采用實驗和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,對雙軸攪拌槳在剪切變稀體系下的氣液分散、傳質(zhì)和混合特性進(jìn)行深入探究。首先,對單軸和雙軸攪拌槳不同轉(zhuǎn)動模式的氣液分散效果進(jìn)行了探究,在此基礎(chǔ)上,系統(tǒng)地探討了槳型組合(RT+GT.6PBDT+GT、6BDT+GT 及 RT+DHR)、操作條件(轉(zhuǎn)速和表觀氣速)、粘度(0.1%XG、0.15%XG、0.2%XG、0.3%XG)對氣液分散、傳質(zhì)和混合特性的影響。此外,為了對實驗結(jié)果進(jìn)一步的放大和補(bǔ)充說明,本文還借助計算流體力學(xué)方法(CFD)對攪拌體系進(jìn)行數(shù)值模擬,進(jìn)一步加深對氣液分散和傳質(zhì)的理解。實驗研究表明：a)與單軸氣液攪拌相比,反轉(zhuǎn)模式下的雙軸攪拌槳在泵送能力方面和整體氣含率方面具有優(yōu)越性,因此本實驗以反轉(zhuǎn)模式下的雙軸攪拌槳作為后期實驗的研究對象；b)在槳型組合方面,如果考慮泵送能力和整體氣含率,6BDT+GT表現(xiàn)最優(yōu)；在溶氧能力方面,相同功率消耗下,6PBDT+GT和RT+DHR溶氧能力更強(qiáng)；c)在操作條件方面,粘度的增加,導(dǎo)致泵送能力和傳質(zhì)系數(shù)下降,整體氣含率和混合時間增加；轉(zhuǎn)速的增加,使泵送能力先下降后上升,整體氣含率和傳質(zhì)系數(shù)上升,混合時間縮短；表觀氣速的增加,泵送能力先減小后趨于穩(wěn)定,整體氣含率和傳質(zhì)系數(shù)上升,而對氣液混合的影響依賴于臨界轉(zhuǎn)速,臨界轉(zhuǎn)速之下,表觀氣速對氣液混合效果起抑制作用,臨界轉(zhuǎn)速之上,表觀氣速則起促進(jìn)作用,可有效改善混合效果；d)基于已有的實驗研究成果,對各研究參數(shù)進(jìn)行了相關(guān)公式擬合,并根據(jù)相關(guān)系數(shù)探討了整體氣含率、氧體積傳質(zhì)系數(shù)受表觀氣速和轉(zhuǎn)速的影響程度的大小,為實際生產(chǎn)中改善槳型組合氣液分散和傳質(zhì)特性提供有效的參考依據(jù)。在模擬方面,基于現(xiàn)有的國內(nèi)外研究,對剪切變稀體系中的曳力模型、氣泡聚并模型進(jìn)行了修正與自定義,獲得了更高轉(zhuǎn)速、更高粘度工況的氣液兩相流特性,并補(bǔ)充探究了實驗無法獲取的流場及其他局部參數(shù)。
【關(guān)鍵詞】：雙軸組合攪拌槳 剪切變稀體系 氣液分散與傳質(zhì) 氣液混合 計算流體力學(xué)(CFD)
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ051.7
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 符號說明12-15
• 1 緒論15-29
• 1.1 課題的背景與意義15-16
• 1.2 氣液分散機(jī)理與狀態(tài)16-18
• 1.2.1 氣液分散狀態(tài)16-17
• 1.2.2 氣液分散機(jī)理17-18
• 1.3 氣液兩相流的研究進(jìn)展18-21
• 1.3.1 攪拌槳型的研究進(jìn)展18-19
• 1.3.2 操作條件的研究進(jìn)展19-20
• 1.3.3 物性參數(shù)的研究進(jìn)展20-21
• 1.4 各參數(shù)實驗測量方法21-25
• 1.4.1 宏觀流場21-22
• 1.4.2 氣含率22-23
• 1.4.3 混合時間23-24
• 1.4.4 氧體積傳質(zhì)系數(shù)24-25
• 1.5 模擬的研究進(jìn)展25-27
• 1.5.1 氣液兩相流模型25-26
• 1.5.2 氣泡處理方法26-27
• 1.6 本論文研究內(nèi)容27-29
• 1.6.1 實驗研究27-28
• 1.6.2 數(shù)值模擬研究28-29
• 2 氣液兩相流的實驗裝置和測量方法29-39
• 2.1 實驗設(shè)備和材料29-33
• 2.1.1 實驗裝置29-31
• 2.1.2 實驗物料31-33
• 2.2 實驗測量方法33-39
• 2.2.1 功率的測量33-34
• 2.2.2 整體氣含率的測量34-35
• 2.2.3 混合時間的測量35-36
• 2.2.4 氧體積傳質(zhì)系數(shù)的測量36-39
• 3 氣液兩相流的實驗結(jié)果與討論39-57
• 3.1 引言39
• 3.2 單軸與雙軸攪拌器的比較39-43
• 3.2.1 功率的比較39-41
• 3.2.2 整體氣含率的比較41-43
• 3.3 功率特性的探究43-46
• 3.3.1 表觀氣速對功率的影響43-44
• 3.3.2 轉(zhuǎn)速對功率的影響44
• 3.3.3 粘度對功率的影響44-46
• 3.4 整體氣含率的探究46-49
• 3.4.1 表觀氣速對整體氣含率的影響46-47
• 3.4.2 轉(zhuǎn)速對整體氣含率的影響47-48
• 3.4.3 整體氣含率的關(guān)聯(lián)式擬合48-49
• 3.5 氧體積傳質(zhì)系數(shù)的探究49-53
• 3.5.1 表觀氣速對氧體積傳質(zhì)系數(shù)的影響49-50
• 3.5.2 轉(zhuǎn)速對氧體積傳質(zhì)系數(shù)的影響50-51
• 3.5.3 粘度對氧體積傳質(zhì)系數(shù)的影響51-52
• 3.5.4 氧體積傳質(zhì)系數(shù)的關(guān)聯(lián)式擬合52-53
• 3.6 混合時間的探究53-55
• 3.6.1 轉(zhuǎn)速對混合時間的影響53-54
• 3.6.2 表觀氣速對混合時間的影響54-55
• 3.7本章小結(jié)55-57
• 4 氣液兩相流的數(shù)值模擬57-87
• 4.1 引言57
• 4.2 數(shù)學(xué)模型57-61
• 4.2.1 歐拉-歐拉兩相流模型57
• 4.2.2 湍流模型57-58
• 4.2.3 氣泡曳力模型58-60
• 4.2.4 群體平衡模型(PPBM)60-61
• 4.2.5 氧傳質(zhì)模型61
• 4.3 數(shù)值模擬策略61-68
• 4.3.1 攪拌釜幾何模型與網(wǎng)格劃分61-63
• 4.3.2 研究流體的物性參數(shù)63
• 4.3.3 求解設(shè)置與邊界條件63-64
• 4.3.4 周期性簡化64-65
• 4.3.5 網(wǎng)格無關(guān)性檢查65-68
• 4.4 數(shù)值模擬結(jié)果68-85
• 4.4.1 單軸與雙軸的比較68-69
• 4.4.2 速度流場69-71
• 4.4.3 氣含率71-77
• 4.4.4 氣泡尺寸分布77-81
• 4.4.5 氧體積傳質(zhì)系數(shù)81-82
• 4.4.6 氧體積傳質(zhì)系數(shù)的微觀分析82-84
• 4.4.7 模擬值與相關(guān)值的比較84-85
• 4.5 本章小結(jié)85-87
• 5 結(jié)論與展望87-91
• 5.1 結(jié)論87-88
• 5.2 展望88-91
• 參考文獻(xiàn)91-99
• 作者簡歷99

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1 周濤,李洪鐘;粘附性顆粒添加組份流態(tài)化實驗[J];化工冶金;1998年03期

2 王燕;尹俠;薛勝偉;;表觀氣速對氣升式環(huán)流反應(yīng)器性能的影響[J];化學(xué)反應(yīng)工程與工藝;2007年02期

3 李鴻莉;李登新;劉廣濤;段廣杰;;三相流化床中表觀氣速對電導(dǎo)率及相含率的影響[J];過程工程學(xué)報;2010年02期

4 朱立平;彭小敏;黃飛;袁竹林;閆亞明;羅登山;王宏生;李斌;;表觀氣速對密相氣力輸送流型影響的模擬[J];化工學(xué)報;2012年02期

5 沙作良;韓梅;王鐵峰;王金福;;正丁醇和表觀氣速對外環(huán)流反應(yīng)器內(nèi)氣泡特征的影響[J];天津科技大學(xué)學(xué)報;2009年04期

6 洪若瑜，，李洪鐘，程 圩，張濟(jì)宇;雙組分射流床中射流穿透深度的研究[J];化學(xué)反應(yīng)工程與工藝;1995年01期

7 柴雪琴;王亦飛;尹柯;趙曉輝;劉霞;于廣鎖;;流體誘導(dǎo)下洗滌冷卻室內(nèi)部構(gòu)件的振動特性[J];華東理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2010年03期

8 李進(jìn)朋;賈志剛;;結(jié)構(gòu)和操作參數(shù)對流向變換催化氧化反應(yīng)器性能的影響[J];石油化工設(shè)備;2011年05期

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本文編號：1131036