傳統(tǒng)的化工反應(yīng)器通常是由剛性材料制成的硬式反應(yīng)器,其器壁容器壁不能運(yùn)動,無法主動參與內(nèi)部物料的混合和反應(yīng),因此需要借助攪拌器、靜態(tài)混合器等輔助裝置實(shí)現(xiàn)內(nèi)部物料的有效混合。然而,傳統(tǒng)機(jī)械混合的方式在處理高粘性物料時(shí)存在很大的局限,特別是當(dāng)雷諾數(shù)比較低時(shí),往往導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)物料濃度分布嚴(yán)重不均。此外,因?yàn)閭鹘y(tǒng)剛性反應(yīng)器的器壁是固定不動的,物料很容易粘附沉積在內(nèi)壁上造成結(jié)垢問題。針對這些問題,在動物上消化道工作機(jī)制的啟示下,課題組發(fā)展了一種新型的軟彈性反應(yīng)器(Soft-elastic Reactors,SER)。反應(yīng)器選用具有良好透明度、韌性和彈性的有機(jī)硅橡膠制成,在驅(qū)動裝置下實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器壁面的反復(fù)形變。通過壁面運(yùn)動實(shí)現(xiàn)高粘度物料的混合,且可避免物料在內(nèi)壁上結(jié)垢。為了充分理解SER的混合機(jī)理。本論文利用計(jì)算流體力學(xué)(Computational Fluid Dynamics,CFD)研究SER的混合行為。為簡單起見,也為了獲得對SER更準(zhǔn)確的理解,我們利用ANSYS Fluent動網(wǎng)格技術(shù),建立了二維模型。這種方法可以有效模擬反應(yīng)器壁面多種多樣的運(yùn)動,我們對其中兩種運(yùn)動模式進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,模擬分...

【文章頁數(shù)】：89 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 前言
    1.1 引言
    1.2 傳統(tǒng)化工反應(yīng)器
        1.2.1 管式反應(yīng)器
        1.2.2 釜式反應(yīng)器
        1.2.3 床層反應(yīng)器
        1.2.4 塔式反應(yīng)器
    1.3 柔性反應(yīng)器
        1.3.1 柔性大鼠胃仿生消化系統(tǒng)
        1.3.2 柔性人胃仿生系統(tǒng)
        1.3.3 柔性小腸仿生系統(tǒng)
        1.3.4 軟彈性反應(yīng)器
    1.4 CFD簡介和應(yīng)用
    1.5 Fluent動網(wǎng)格技術(shù)簡介
    1.6 本論文的研究內(nèi)容和意義
第二章 軟彈性反應(yīng)器數(shù)值建模
    2.1 模型介紹
    2.2 基本守恒方程
        2.2.1 連續(xù)性方程
        2.2.2 動量守恒方程
        2.2.3 能量守恒方程
        2.2.4 組分運(yùn)輸方程
    2.3 混合時(shí)間定義
第三章 軟彈性反應(yīng)器的CFD模擬結(jié)果與討論
    3.1 不同示蹤劑注入位點(diǎn)對混合的影響
    3.2 雷諾數(shù)對混合的影響
    3.3 邊界運(yùn)動幅度對混合的影響
    3.4 皮克列數(shù)對混合的影響
    3.5 流場分析
    3.6 粘度對混合的影響
    3.7 混合水平的頻率分布
    3.8 軟彈性反應(yīng)器的優(yōu)化設(shè)計(jì)探索
        3.8.1 圓角對混合的影響
        3.8.2 不同長高比對混合時(shí)間的影響
        3.8.3 運(yùn)動邊界的波數(shù)對混合時(shí)間的影響
    3.9 本章小結(jié)
第四章 不同柔性反應(yīng)器的CFD模擬
    4.1 橢球型軟彈性反應(yīng)器模擬的初步探索
        4.1.1 二維橢球型軟彈性反應(yīng)器建模
        4.1.2 初步結(jié)果展示
    4.2 小腸模擬的初步探索
        4.2.1 小腸孤立收縮運(yùn)動的模擬
        4.2.2 速度場分析
        4.2.3 小腸蠕動的模擬
        4.2.4 速度場分析
    4.3 人胃模擬的初步探索
        4.3.1 模擬方法
        4.3.2 初步模型展示
第五章 結(jié)論與展望
    5.1 主要結(jié)論
    5.2 工作展望
專業(yè)術(shù)語
參考文獻(xiàn)
科研成果
致謝



本文編號：3893655