作為一種低污染的可再生能源,生物柴油是由可再生的動(dòng)植物油及廢棄食用油脂與甲醇或乙醇通過酯交換反應(yīng)制得的,是傳統(tǒng)化石燃料的優(yōu)質(zhì)替代品。在目前較常見的固體堿催化酯交換生產(chǎn)生物柴油的過程中,固相催化劑和液相反應(yīng)物主要是在固-液攪拌反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng),兩者的混合接觸情況直接影響到反應(yīng)速率和傳質(zhì)效果。因此,了解和掌握攪拌器內(nèi)的流場及濃度場分布規(guī)律及影響因素,進(jìn)而指導(dǎo)設(shè)計(jì)和優(yōu)化放大反應(yīng)器就有重要的研究價(jià)值和意義。本文在國家自然科學(xué)基金（51876106）、山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2018GGX104027）以及山東大學(xué)青年學(xué)者未來計(jì)劃項(xiàng)目（2015WLJH33）資助下。以固-液攪拌器為研究對象,采用計(jì)算流體力學(xué)（CFD）技術(shù)對攪拌器進(jìn)行了模擬研究,探究其內(nèi)的固液混合情況和復(fù)雜的流動(dòng)特性變化。在此基礎(chǔ)上,基于相似準(zhǔn)則對攪拌反應(yīng)器進(jìn)行了放大與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì),并通過模擬分析了放大及變結(jié)構(gòu)優(yōu)化后攪拌器內(nèi)流場、濃度場及功率消耗的變化規(guī)律和影響因素,為固體堿催化酯交換生產(chǎn)生物柴油的工業(yè)化提供理論依據(jù)。具體工作內(nèi)容如下:（1）選取常見的20L級六葉Rushton槳攪拌器為研究對象,使用CFD軟件在歐拉-歐拉流體模型的基... 

【文章來源】：山東大學(xué)山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：88 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．２攪拌器內(nèi)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系和靜止坐標(biāo)系間耦合示意圖??１．２．３．６攪拌反應(yīng)器放大方法??

山東大學(xué)碩士學(xué)位論文??表２－２攪拌槳結(jié)構(gòu)參數(shù)表??攪拌槳直徑Ｄ?圓盤直徑?槳葉厚度?槳葉寬度Ｆ??７０ｍｍ?５２．５ｍｍ?２ｍｍ?１４ｍｍ??￣￣Ｉ?ｎ?ｖ，?＾?ｊ??ｖ?Ｉ?＾??ｒｌ?．??圖２．１攪拌器結(jié)構(gòu)圖?圖２．２?Ｒｕｓｈｔｏｎ攪拌槳結(jié)構(gòu)圖??２．２．２網(wǎng)格劃分及無關(guān)性驗(yàn)證??在ＣＦＤ建模及劃分網(wǎng)格的基礎(chǔ)上，采用多重參考系法（ＭＲＦ）進(jìn)行模擬，??并將模擬區(qū)域分為包含攪拌槳的葉輪區(qū)域（動(dòng)子區(qū)域）和包含外側(cè)靜止的攪拌器??區(qū)域（靜子區(qū)域），同時(shí)，兩個(gè)區(qū)域交界面定義為ｉｎｔｅｒｆａｃｅ面進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞，??以此來保證計(jì)算時(shí)內(nèi)外兩部分的數(shù)據(jù)傳遞和耦合。??為了減少網(wǎng)格數(shù)量，降低對計(jì)算量和計(jì)算時(shí)間的需求，對攪拌器內(nèi)采取混合??式網(wǎng)格劃分的方法［１Ｑ２］。對葉輪附近湍流強(qiáng)烈的區(qū)域，進(jìn)行非結(jié)構(gòu)化四面體網(wǎng)格??劃分，對其他流動(dòng)較緩的區(qū)域進(jìn)行結(jié)構(gòu)化六面體網(wǎng)格劃分，同時(shí)為了更好地模擬??流場狀態(tài)，得到更準(zhǔn)確的預(yù)測結(jié)果，對葉輪及攪拌軸處進(jìn)行局部網(wǎng)格加密處理。??己有的研究表明，網(wǎng)格數(shù)目對模擬的結(jié)果有一定的影響，因此在模擬計(jì)算前，??進(jìn)行了網(wǎng)格的無關(guān)性驗(yàn)證。對９．０Ｍ０４，?１．２ｘｌ〇５和１．５ｘｌ〇５網(wǎng)格數(shù)目進(jìn)行網(wǎng)格無??關(guān)性驗(yàn)證的結(jié)果如圖２．３所示，圖中；－為距離軸中心線的距離，為攪拌反應(yīng)器??底部半徑，６Ｃ和《ａｖ分別為固相顆粒濃度和平均固相顆粒濃度，Ｚ為距離底部的??高度。綜合考慮需要的計(jì)算量和計(jì)算的準(zhǔn)確性，選用網(wǎng)格總數(shù)為１２０５４７８數(shù)目的??網(wǎng)格，相應(yīng)的模型網(wǎng)格劃分如圖２．４所示。??２２??

２基于顆粒動(dòng)力學(xué)理論２０Ｌ固－液攪拌體系的模擬研究??２．５?ｒ－ｒ???Ｚ／／／＝０．２??２．０?－?Ｇｒｉｄ?ｎｕｍｂｅｒ??＾??９．０ｘ１?〇４??１．５?－?——１．２ｘｌ０５??Ｉ??１．０?－?ＴＴＴＴＴ＾＾—??０．５?－??Ｑ?Ｑ??｜?ｊ?；?１?！?ｊ?ｌ?｜?｜???＇０．０?０．１?０．２?０．３?０．４?０．５?０．６?０．７?０．８?０．９?１．０??ｒ／Ｒ??圖２．３固相濃度徑向分布的網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證??＿??圖２．４攪拌器網(wǎng)格劃分??２．２．３橫擬設(shè)置??在進(jìn)行數(shù)值模擬時(shí)，選取的液相是密度Ｐ＝ｌ〇〇〇ｋｇ／ｍ３、黏度／尸Ｏ．ＯＯｌＰａ＇ｓ的??水。固相選用的是平均直徑ｉ／＝２６４｜ｉｍ、密度／；＝２４７１ｋｇ／ｍ３的玻璃球顆粒。同時(shí)，??顆粒在水中的濃度為ａ＝ｌ０ｖｏｌ．％。??求解速度、濃度等流場特性的具體設(shè)置為：采用雙歐拉模型進(jìn)行模擬，并通??過多重參考系法（ＭＲＦ）賦予葉輪區(qū)域初始轉(zhuǎn)速。為了避免頂部通氣，把頂部液??面設(shè)置為對稱邊界條件（Ｓｙｍｍｅｔｒｙ）?［９５］。靜子區(qū)域內(nèi)的攪拌軸也要旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)周??圍流體轉(zhuǎn)動(dòng)，設(shè)置為動(dòng)壁面（Ｍｏｖｉｎｇ?ｗａｌｌ），其余壁面均設(shè)置為無滑移壁面條??件。相間阻力模型采用適用于從低固含量向高固含量過渡的Ｈｕｉｌｉｎ－Ｇｉｄａｓｐｏｗ阻??力模型。為了保證模擬的準(zhǔn)確且收斂，設(shè)置時(shí)間步長為０．００１ｓ。??２３??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]十六烷值改進(jìn)劑對甲醇/生物柴油柴油機(jī)排放的影響[J]. 李瑞娜,王忠,劉帥.  農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào). 2018(20)
[2]生物柴油發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒特性與超細(xì)顆粒物排放特性[J]. 方文,蘇欣,馬文曉,徐孟龍,李海鴿,滑海寧.  長安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2018(05)
[3]動(dòng)態(tài)光散射法生物柴油黏度實(shí)驗(yàn)研究[J]. 畢勝山,崔軍衛(wèi),申韶磊,王三發(fā),吳江濤.  工程熱物理學(xué)報(bào). 2017(02)
[4]“波紋”內(nèi)壁攪拌槽內(nèi)的湍流流動(dòng)特性[J]. 張翠勛,楊鋒苓,連繼詠.  化工進(jìn)展. 2015(04)
[5]改進(jìn)型INTER-MIG攪拌槽內(nèi)固液懸浮特性的數(shù)值模擬[J]. 周勇軍,盧源,陳明濠,梁家勇.  過程工程學(xué)報(bào). 2014(05)
[6]基于計(jì)算流體力學(xué)模擬的下沉與上浮顆粒在攪拌槽內(nèi)的固液懸浮特性[J]. 李良超,徐斌,楊軍.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2014(12)
[7]CFD simulation of particle suspension in a stirred tank[J]. Nana Qi,Hu Zhang,Kai Zhang,Gang Xu,Yongping Yang.  Particuology. 2013(03)
[8]酯交換法制備生物柴油反應(yīng)機(jī)理的研究進(jìn)展[J]. 張萍波,韓秋菊,范明明,楊靜,李斯斯,蔣平平.  石油化工. 2012(09)
[9]不同擋板絮凝反應(yīng)器流場的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 孫姣,崔紹華,孫澤沾,康勇.  化工進(jìn)展. 2012(08)
[10]基于LED光源反射的液固攪拌槽中顆粒懸浮特性測定的光纖法[J]. 周宏寶,李向陽,楊超,毛在砂,張廣積.  過程工程學(xué)報(bào). 2011(06)

博士論文
[1]攪拌槽內(nèi)流體流動(dòng)及上浮顆粒懸浮混合的CFD數(shù)值模擬[D]. 喬勝超.天津大學(xué) 2014



本文編號(hào)：3366139