反應(yīng)器在分析、化工、農(nóng)業(yè)、能源等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,溫度作為其重要參數(shù)之一,對其研究至關(guān)重要。當(dāng)前反應(yīng)器越來越朝向微尺度發(fā)展,對其溫度分布精準測量變得更加困難。常規(guī)的接觸式測量方法,會對溫度場產(chǎn)生干擾還會影響內(nèi)部結(jié)構(gòu)。本文針對絕熱式固定床微小反應(yīng)器,提出一種在線測量熱物性及表面溫度,求解導(dǎo)熱反問題反推固定床內(nèi)部溫度場的方法。本文結(jié)合紅外熱像和探針方法,進行了微小反應(yīng)器三維溫度場重建研究,主要內(nèi)容如下:利用計算流體動力學(xué)模擬軟件Fluent,通過組分輸運模型實現(xiàn)催化反應(yīng),數(shù)值模擬得到了有無催化反應(yīng)的絕熱式固定床微小反應(yīng)器溫度場的變化規(guī)律,發(fā)現(xiàn)固定床孔隙率越小、流體入口溫度越高、流速越快,越有利于熱量的擴散。發(fā)現(xiàn)存在催化反應(yīng)時流速增大、溫度升高、底物濃度增高,過氧化氫分解加快,釋放熱量增多,固定床整體溫度升高。另外,通過建立探針模型,理論模擬考察了探針存在對溫度場的影響,結(jié)果表明探針對溫度場變化影響較小,僅在流體與探針接觸部分加快了少許熱量的傳遞,最大溫升在1℃,可忽略不計,從而驗證在線測量系統(tǒng)的有效性。設(shè)計并搭建了熱探針結(jié)合紅外熱像法在線測量實驗裝置。固定床通過3D打印技術(shù)個性化定制,透紅外套... 

【文章來源】：青島大學(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：66 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【圖文】：

熱電偶原理圖

傳感器,系統(tǒng)各通道測溫誤差優(yōu)于0.2℃[42]。響應(yīng)快，測量微火焰溫度場時響應(yīng)時間可達毫秒[43]。應(yīng)用范圍廣，將微型熱電偶直接夾持在兩片薄膜之間可用于研究燃料電池電解質(zhì)溫度[44]；或應(yīng)用于航天發(fā)動機，可測量瞬變流體溫度[45]。針對航天領(lǐng)域環(huán)境溫度測量寬量程、高精度的需求，有學(xué)者提出了基于溫度傳感器進行冷端補償?shù)臒犭娕紲y量電路，溫度測量范圍為0～1600℃，全溫度范圍測量準確度±0.2%，并能夠很好的應(yīng)用于工程實際驗證[46]。1.2.2紅外測溫紅外測溫應(yīng)用光電檢測技術(shù)測量物體的紅外輻射，并將其轉(zhuǎn)化為可視圖像，如圖1.2所示，經(jīng)換算后即可直觀獲得溫度分布。圖1.2紅外熱成像紅外熱成像作為一種有效的非接觸溫度測量方法，具有實時性并能給出整個表面的溫度分布。其可靠性好，利用JEOL紅外熱像儀測量流動沸騰不銹鋼微管壁面溫度，測量范圍為20~180℃，測量絕對誤差為±0.1℃，比傳統(tǒng)熱電偶測溫具有更高的可靠性[47]。利用紅外熱成像系統(tǒng)測量玉米冠層溫度可研究作物水分脅迫與土壤含水量的變化。其靈敏性使得紅外熱成像技術(shù)在農(nóng)業(yè)、林業(yè)的應(yīng)用成為現(xiàn)實[48]；紅外熱像儀應(yīng)用于無損檢測，可有效識別內(nèi)部溫度和液位，分析其測量誤差與最大誤差，處于允許誤差范圍內(nèi)[49]；隨著智能手機廣泛普及應(yīng)用，亦可將紅外熱成像技術(shù)與智能手機相結(jié)合[50]。紅外測溫技術(shù)在醫(yī)學(xué)[51]、軍事[52]等領(lǐng)域的應(yīng)用同樣廣泛，是一種簡單、便捷的溫度場測量手段。紅外線的衰減和物體與鏡頭之間的環(huán)境噪音有關(guān)，為了得到物體的真實溫度，測量前需校正物體發(fā)射率。

青島大學(xué)碩士學(xué)位論文9第二章絕熱微小反應(yīng)器溫度場的數(shù)值模擬為更好地了解絕熱式微小反應(yīng)器的溫度場，為下一步溫度場反推做準備。本章基于課題組前期恒壁溫工況下建立的多孔介質(zhì)模型[90]，及絕熱條件探針作為內(nèi)熱源的溫度場分析[91]，對數(shù)學(xué)及物理模型加以改進以符合實驗工況。通過計算流體動力學(xué)模擬軟件Fluent及建模軟件ICEM，構(gòu)建了絕熱微小反應(yīng)器的物理模型，模擬其溫度場的變化。探究微小反應(yīng)器溫度場隨時間、孔隙率、流體流速、流體溫度的變化規(guī)律以及在催化反應(yīng)下流體流速、溫度、濃度對反應(yīng)溫度分布的影響。同時模擬了探針對溫度場的影響。2.1反應(yīng)器模型圖2.1為微小反應(yīng)器物理模型，微小反應(yīng)器豎直放置，內(nèi)填充固體顆粒。微小反應(yīng)器的直徑為10mm，高度為100mm，流體由入口進入微小反應(yīng)器，由出口流出微小反應(yīng)器，故在微小反應(yīng)器上、下兩端各延伸一段細管用于引流，延伸段長5mm，直徑2mm，位于中心軸線。1、入口2、固定床壁面3、填充顆粒4、出口圖2.1固定床反應(yīng)器模型剖面微小反應(yīng)器內(nèi)流動與換熱的控制方程為：質(zhì)量方程：0)()(uff2-(1)

【參考文獻】：
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碩士論文
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[2]基于共軛梯度法的多孔介質(zhì)熱物性參數(shù)反演[D]. 楊慧君.重慶大學(xué) 2012



本文編號：3508273