液體連續(xù)相撞擊流強(qiáng)化傳遞過(guò)程的波動(dòng)特性.pdf

1、液體連續(xù)相撞擊流反應(yīng)器（LISR）是眾多新型化工反應(yīng)器中的一種新類(lèi)型，其優(yōu)良的混合性能來(lái)源于自身能夠顯著強(qiáng)化混合分散過(guò)程，而反應(yīng)器具有特殊的流體流動(dòng)結(jié)構(gòu)，其身結(jié)構(gòu)與操作特性的微小變化又影響整個(gè)流場(chǎng)中流體的混合效率、分散范圍和強(qiáng)度等。從反應(yīng)器自身反應(yīng)效率來(lái)看，傳質(zhì)傳熱及相關(guān)反應(yīng)過(guò)程都是在反應(yīng)器中進(jìn)行，而且反應(yīng)器中流場(chǎng)和反應(yīng)過(guò)程存在復(fù)雜多變性，需要通過(guò)對(duì)反應(yīng)器內(nèi)波動(dòng)特性特研究與測(cè)定來(lái)解決。所以研究撞擊流反應(yīng)器在不同結(jié)構(gòu)方式和操作參數(shù)下流體的

2、波動(dòng)特性對(duì)闡述其混合過(guò)程機(jī)理以及優(yōu)化結(jié)構(gòu)具有必要性和參考性。
　　本文通過(guò)幾何模型軟件Gambit建立探究所需的各種LISR基本幾何物理模型，再由常用計(jì)算流體力學(xué)所用數(shù)值模擬軟件即 Fluent對(duì) LISR內(nèi)整個(gè)流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬，探討了在不同結(jié)構(gòu)方式如：不同槳葉類(lèi)型、不同筒徑比、不同撞擊距離下與不同操作參數(shù)如：物料組分含量、轉(zhuǎn)速條件下速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)在空間域和時(shí)間域上的波動(dòng)分布規(guī)律，得到各種工況下撞擊區(qū)域和循環(huán)區(qū)域壓力場(chǎng)、速度場(chǎng)在軸

3、向和徑向方向上的一系列變化規(guī)律，并通過(guò)數(shù)值擬合得到各工況與壓力波動(dòng)分布之間的關(guān)聯(lián)式，從而為撞擊流技術(shù)基本理論的發(fā)展和在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用提供一定的數(shù)學(xué)模型。
　　主要結(jié)論包括：操作參數(shù)一定時(shí)，結(jié)構(gòu)方式的改變對(duì)撞擊區(qū)域的壓力和速度波動(dòng)隨時(shí)間的整體變化趨勢(shì)沒(méi)有影響，轉(zhuǎn)速為1000r/min時(shí)，反應(yīng)器內(nèi)壓力場(chǎng)和速度場(chǎng)穩(wěn)定時(shí)間需要3s；在結(jié)構(gòu)方式一定時(shí)，操作參數(shù)的改變會(huì)影響流場(chǎng)穩(wěn)定時(shí)間，物料空氣組分含量分體積比為0是所需時(shí)間為3s左右，增加

4、到0.3時(shí)所需時(shí)間為4.5s左右，增加到0.6時(shí)，所需時(shí)間為6s左右，同時(shí)當(dāng)槳葉轉(zhuǎn)速由1000r/min降低到500r/min時(shí)，流場(chǎng)穩(wěn)定時(shí)間由3s增加到4.5s，轉(zhuǎn)速過(guò)低則增加了流場(chǎng)穩(wěn)定所需時(shí)間。
　　結(jié)構(gòu)方式和操作參數(shù)的改變對(duì)撞擊區(qū)域速度、壓力和壓力波動(dòng)強(qiáng)度的空間分布整體趨勢(shì)也沒(méi)有影響，各撞擊面上的速度、壓力在空間域上關(guān)于軸向中心線成對(duì)稱結(jié)構(gòu)分布，壓力波動(dòng)強(qiáng)度在空間域上關(guān)于徑向中心線呈現(xiàn)對(duì)稱結(jié)構(gòu)分布，沿撞擊面徑向方向呈現(xiàn)先遞增

5、后遞減并伴有小幅波動(dòng)的趨勢(shì)，各撞擊面最大速度和壓力值的位置會(huì)隨離中心撞擊面距離的增大而靠近軸向中心軸，同時(shí)離中心撞擊面距離越遠(yuǎn)壓力波動(dòng)強(qiáng)度值越大。
　　槳葉面積的增大有利于撞擊過(guò)程中軸向壓力和速度沿著徑向壓力和速度的轉(zhuǎn)換，同時(shí)各撞擊面最大壓力值與無(wú)量綱槳葉面積成線性關(guān)系，與離中心撞擊面的距離成倍數(shù)關(guān)系，面積越大，距離越遠(yuǎn)流場(chǎng)的壓力波動(dòng)值越大。
　　筒徑比的增大即導(dǎo)流筒長(zhǎng)度的增加使導(dǎo)流筒內(nèi)入口處軸向壓力和速度增大，導(dǎo)流筒長(zhǎng)度適

6、度增大，撞擊面中心處壓力減小，中心軸向方向壓力增大，但過(guò)度增大反而呈相反趨勢(shì)，同時(shí)就速度場(chǎng)而言，隨著筒徑比的增加，導(dǎo)流筒入口處附近軸向速度增大，撞擊后徑向速度減小，各撞擊平面上最大壓力值隨筒徑比的變化成二次曲線關(guān)系，呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)。
　　隨著槳葉對(duì)置距離的增加，導(dǎo)流筒入口附近區(qū)域壓力波動(dòng)值和速度會(huì)增大，同時(shí)也減弱了撞擊區(qū)域內(nèi)壓力波動(dòng)和速度值，槳葉對(duì)置距離增加一倍，相應(yīng)的壓力值和速度值會(huì)減小一倍。當(dāng)槳葉對(duì)置距離由100mm增

7、加到140mm時(shí)，各撞擊面上的壓力波動(dòng)強(qiáng)度值保持一致，說(shuō)明對(duì)置距離增加到一定值時(shí)，壓力波動(dòng)不增加而是保持在一定范圍內(nèi)，各撞擊面上最大壓力值隨槳葉無(wú)量綱對(duì)置距離成遞減冪函數(shù)關(guān)系。
　　物料中空氣組分含量的增加會(huì)減弱撞擊區(qū)域內(nèi)壓力波動(dòng)和速度波動(dòng)，流場(chǎng)不穩(wěn)定階段，速度波動(dòng)幅度和劇烈程度隨空氣體積分?jǐn)?shù)的增加而增大，同時(shí)循環(huán)區(qū)域與導(dǎo)流筒入口區(qū)域水的速度和流動(dòng)范圍也減小，空氣含量的增大不利于整個(gè)流場(chǎng)中水的流動(dòng)性能。反應(yīng)器中空氣成分主要集中在撞

8、擊面兩側(cè)，水成分主要集中在反應(yīng)器上下底部，整個(gè)流場(chǎng)的體積分?jǐn)?shù)分布關(guān)于徑向軸線成對(duì)稱結(jié)構(gòu)，各撞擊面上最大壓力值與與空氣組分體積比成指數(shù)函數(shù)關(guān)系。
　　槳葉轉(zhuǎn)速的增加加強(qiáng)了撞擊區(qū)域內(nèi)壓力波動(dòng)和速度波動(dòng)，轉(zhuǎn)速為1500r/min時(shí)相鄰兩撞擊面壓力波動(dòng)強(qiáng)度的最大增幅值為123.92Pa，而轉(zhuǎn)速為1000r/min和500r/min時(shí)其最大增幅分別為47.01Pa與13.17Pa。同一轉(zhuǎn)速下隨著離中心撞擊面距離的增加，撞擊面整體速度增大且變