压力能驱动的自搅拌反应器流动特性数值模拟

提出了一种新型自搅拌管式反应器,并采用数值模拟方法对新型自搅拌溶出反应器内的流体流动特性进行了研究.在搅拌转速不变的情况下,研究了不同入口流速对反应器内部流体流动的影响.结果表明:不同流速下,反应器内部轴向流速整体分布均匀,但反应器入口和出口的流体,由于受到扰动作用速度偏大,且靠近出口的流速低于入口附近流速.径向靠近壁面处速度稍大,靠近搅拌轴处速度略小,说明搅拌桨叶端部对流体作用更大.入口流速为8.3 m/s时,更利于反应器内环流的形成.     

卧式聚合釜中新型宽叶板式搅拌桨的气液传质特性

卧式聚合反应器被广泛用于气态单体的乳液聚合反应.为强化气液传质,卧式聚合反应器多采用新型宽叶板式搅拌桨.本文采用进出口流量变化检测法在卧式反应器内测定了气液容量传质系数Kla,考察了NFr数、液含量ε、搅拌桨层数和桨叶片数对Kla的影响.结果表明:新型宽叶板式搅拌桨比普通桨型具有更大的气液容量传质系数.Kla随NFr的增加而增大;随ε的增加先增大后减小,在ε=0.5时达到最大值,随搅拌桨层数和桨叶片数的增加而增大.在不同的NFr下,卧式反应器内流体呈现重力作用区、过渡区和惯性力作用区.在重力作用区,Kla与NFr符合Kla∝NFr0.9～1.1.     

湿法磷酸反应器性能的研究

采用脉冲法测定单槽──双搅拌浆反应器的混合时间，并作出密度分布函数Ｅ（ｔ）曲线，用辛普生法计算了平均停留时间和方差。结果表明，当搅拌强度为２５０～４００转／分时，反应区混合达到均匀；该反应器兼有单槽和多槽串联的特征；混合效果取决于器内流体的流动行为、设备尺寸、搅拌强度等因素。该反应器用于二水物法草取磷酸模型试验，结果令人满意。     

介质阻挡等离子体反应器中的甲醛降解

考察了甲醛在平板式和管式两种介质阻挡放电（DBD）等离子体反应器中的降解能耗以及两种反应器中放电电压、甲醛初始质量浓度和停留时间对甲醛降解率的影响.结果表明：与管式等离子体反应器相比,平板式反应器的甲醛降解能耗大大降低（从55.0W·h/m^3降低至12.8W·h/m^3）;管式反应器和平板式反应器的甲醛降解率均随着放电电压的升高而增大,并分别在11 kV和18 kV处出现拐点,随后降解率增幅减小;甲醛降解率随初始质量浓度的增加先增大后降低,随停留时间的延长而增大.     

连续搅拌槽内假塑性流体停留时间分布的数值模拟

应用计算流体力学商业软件（CFX）模拟了直径0.5m×0.35m的无挡板半球底搅拌槽的流场,计算了流体的停留时间分布(RTD),研究了转速、流量、全槽平均表观黏度对RTD以及全混釜数（m）的影响。结果表明：基于CFX对假塑性流体连续搅拌槽内RTD的模拟结果与实验基本吻合;低转速下,转速的变化对假塑性流体RTD和(m)值的影响要大于牛顿流体,但当转速达到一定值时,对两流体的RTD和(m)值影响较小;转速较高趋于全混时,流量对假塑性流体及牛顿流体的RTD和(m)值影响较小,且对两流体的影响差别很小;高转速条件下,全槽平均表观黏度的变化对假塑性流体RTD和(m)值的影响较牛顿流体大。     

介质阻挡等离子体反应器降解甲醛的研究

主要研究平板式和管式两种DBD等离子体反应器降解甲醛,考察了甲醛在两种反应器中的降解能耗以及两种反应器中放电电压、初始浓度和停留时间对甲醛降解率的影响。结果表明：平板式等离子体反应器与管式反应器相比,甲醛降解能耗大大降低。两种反应器中甲醛降解率均随着放电电压的升高而增大,并在一定电压时趋于平缓;随着初始浓度的增加先增大后降低;随着停留时间的增大而增大。     

双吸离心泵多工况振动特性试验

为研究某双吸离心泵在不同工况下的振动特性,采用LMS Test.Lab测试系统对该离心泵机组进行不同工况下的壳振测试和轴振测试.共测试了该泵在5个流量工况点和5个转速下的壳振、轴振和轴心轨迹,并通过数据处理得到其壳振、轴振随流量和转速变化的频谱图.试验结果表明:壳振振动烈度随流量的增大呈现出波动,而随转速的增大整体上呈上升趋势,不同测点、不同方向的壳振大小和变化趋势不同;轴振位移峰值随流量和转速的增大而增大,但并非是线性增大;不同测点、不同方向的壳振频谱图呈现差异,显示存在较多的流致振动;轴振随流量、转速变化的趋势在相互垂直的2个方向上表现相近;流量、转速的变化对轴心轨迹有比较明显的影响.     

圆盘反应器内流动和成膜性能的数值模拟

采用流体体积函数法(VOF)对卧式旋转圆盘反应器的流动和成膜特性进行了数值模拟,并考察了圆盘转速和反应器内液位高度对液膜厚度及分布的影响规律。研究结果表明,VOF方法能够较好的模拟圆盘反应器内液膜的流动和成膜特性,反应器内液相流场、成膜过程、液膜厚度及分布的模拟数据与实验结果吻合良好;液膜厚度随圆盘转速增加而增大,液位高度的变化对其影响不大;圆盘成膜具有最低转速和最低液位;同时模拟得到了圆盘表面液膜的分布规律。     

扁平形多频超声辐射反应器内停留时间的分布规律

作为生物柴油连续生产装置的核心单元,扁平形超声反应器的停留时间分布直接反映反应器内的流型、返混程度和反应效果,对反应器设计、操作和控制具有重要意义.文中采用p HB-3型p H仪,以纯净水作流体、KOH溶液作示踪剂,采用脉冲法实时测定了扁平形多频超声辐射反应器的出口KOH应答信号,得到了反应器内流体的停留时间分布曲线,研究了超声功率和流体流量对反应器内流体流动形态及非理想性的影响.同时,用多釜串联模型对实验数据进行相关模拟,得到以下结论:在超声功率为200 W,流量分别为20、30 L/h时,理论串联釜数目分别为6.06、6.76,且流量较大时模拟效果较理想,此时槽内流体更趋于平推流.     

多级定转子连续分散混合器内的微观混合性能

采用碘化物-碘酸盐平行竞争反应作为工作体系,对多级定转子连续分散混合器内(CRS)的微观混合特性进行了实验研究,得到了流量、转速、浓度、体积比等因素对离集指数的影响规律。结果表明该体系对H+浓度比较敏感,在转速为3000~6800 r/min范围内,离集指数随转速增加而下降;在低操作转速下,随着流量增加,离集指数先迅速减小后缓慢增加。与常见的搅拌反应器相比,多级定转子连续分散混合器具有优良的微观混合性能,特别适合于快速反应过程。     

环管反应器内液固两相流的数值模拟

为了对环管反应器内液固两相的流动形态进行研究,建立以颗粒动力学为基础的Euler-Euler双流体模型。在浆液流速远大于自由沉降速度的情况下,模拟不同浆液入口速度时的环管反应器上升段压力降,同时对管道内液固两相流中的一些重要参数进行数值研究：在入口液固两相体积分布均匀的情况下,环管反应器上升段、弯管段以及下降段液固两相体积分布和液固两相速度均不一样,在弯管段由于离心力引起管道内二次流,使得固相颗粒甩向弯管的外侧壁,引起固相体积分数在弯管外侧壁明显增大,管道内固体颗粒相分布不均。在浆液速度v=3m.s-1时,液相和固相的速度有一定的速度差,随着入口速度增大,速度差变小;当浆液速度v=7m.s-1时,固体颗粒相速度分布与液相速度基本相同,两者之间的滑移速度可以忽略。计算结果与传统经验公式的比较表明模型能有效地描述环管反应器内压力降和反应器内浆液流动形态。     

纳米锌粉水解高效旋流反应器转化率和颗粒停留时间研究

将高效旋流反应器应用于纳米锌粉水解制氢实验系统中,在反应器内化学反应与气固分离同时进行,节省分离所需设备投资.研究表明:旋流反应器内固体颗粒在气流的强旋转力作用下,形成三维两相湍流旋转流场,颗粒的随机运动提高了传热、传质速率;颗粒随着尺度的减小,反应速度加快,转化率提高;颗粒在反应器内的停留时间随着入口处气速雷诺数的增加而延长,当雷诺数过小,流体达不到湍流状态,停留时间明显减小.     

提升管反应器中催化裂化与热裂化反应的模拟

利用小型提升管催化裂化实验装置对工业提升管中的催化裂化和热裂化反应进行了实验模拟研究，考察了反应停留时间、反应温度和剂油比对催化裂化和热裂化反应的影响，在此基础上对催化裂化反应工艺条件进行了分析。结果表明，缩短反应停留时间和提高剂油比可有效抑制提升管反应器中热裂化反应的发生，提高轻质油收率；提高反应温度虽然可在一定程度上提高轻质油收率，但反应温度过高会使热裂化反应加剧，从而使产物分布变差；当采用高温、大剂油比操作时，缩短反应时间，尽量消除提升管反应后期的热裂化反应，是改善催化裂化产物分布的关键。     

电磁净化中间包传输特性的水模拟

为了得到电磁净化中间包中流体的流动及传输特性,以及旋转运动在中间包净化钢液中所起的作用,采用中间包物理模拟方法,对电磁净化中间包中不同控流装置配置和旋转速度下的停留时间分布曲线进行了测试,并对流场进行了显示实验.结果表明:电磁净化中间包圆形腔中的旋转运动能够减小中间包中滞留区分数,增加活塞区比例,同时增长平均停留时间,有利于中间包内夹杂物的去除;但旋转速度不是越高越好,存在一个最佳值.     

利用高炉出铁重力势能的旋流反应器冶金特性

从高炉出铁口中射出的铁水具有一定的初动能,且出铁沟有一定的坡度.本项目提出了一种利用高炉出铁沟重力势能脱硫的新型冶金反应器.基于湍流模型与多相流模型的耦合,应用液面追踪技术,实现了对冶金重力势能反应器内流体流动及液面波动行为的模拟计算,并用水模拟结果进行了对比验证.从分析的结果来看,铁水在反应器内能够形成良好的旋流效果.实验所得的RTD曲线与计算所得的结果吻合较好.碗型反应器的旋流效果最好,能够产生高强度稳定的旋流.     

AlCl_3-NH_3-N_2体系化学气相淀积AIN超细粒子 Ⅱ.AIN的粒度及分布模型

考虑轴向温度分布和浓度分布,建立了热化学气相淀积反应器中描述粒子粒度及分布的一维反应-凝并模型。研究了AlCl_3-NH_3-N_2体系物系参数和操作参数对AlN超细粒子粒度及分布的影响。温度通过改变反应速率、气体粘度和平均分子自由程等影响AlN粒子的合成,并存在最佳温度分布;随停留时间的增加,AlN粒子粒度增大,几何标准方差GSD减小;反应物浓度升高时,AlN粒子粒度增大,但GSD变化不大。模型化研究结果和实验结果相一致。     

旋转热管生物反应器搅拌结构的数值模拟

针对不同搅拌结构形式的新型旋转热管生物反应器内的流动特性进行数值模拟。建立旋转热管生物反应器的数值模型,将多重参考系法(MRF)与滑移网格法(SM)相结合,选用标准k-ε湍流模型模拟计算反应器内的速度分布,并对作为搅拌结构的热管蒸发段上桨叶的倾斜角度(α)在0°、15°、30°和45°时的搅拌功率和混合时间进行计算。结果表明:在搅拌结构中,有热管蒸发段桨叶反应器的轴向形成了3个漩涡区,轴向平均流速相对较高,并且靠近自由液面附近的流速也较大。随着桨叶倾斜角度的增加,反应器液面附近速度减小,搅拌功率减小,混合时间变长。     

刮膜式分子蒸发器上液体的停留时间分布

以水及质量分数分别为50%、70%的丙三醇-水溶液为介质,采用脉冲示踪法与紫外分光光度法对刮膜式分子蒸馏器上液体的停留时间分布(RTD)进行研究,分别研究了进料速率、转子转速及物料黏度对停留时间分布的影响.结果表明:在实验范围内,停留时间随着进料速率的增大而减小;进料速率增大时,分子蒸发器上的液膜混合程度也随之增强;随着转子转速增大,停留时间先增大,当达到一定转速后,停留时间反而减小;停留时间随物料黏度的增大而增大,液膜轴向返混程度也随之增强.通过对实验过程的观察与分析,采用2种不同的组合流动模型对刮膜式分子蒸馏过程进行描述,经与实验数据的对比可知,模型2(2个N级全混流串联模型进行并联,其中一个区域中每个全混流模型分别与一个平推流区域进行交换)在实验条件下较为适用,模型的模拟值与实验数据吻合较好.