錐環(huán)擋板振蕩流反應器傳熱過程的實驗和模擬研究.pdf

1、振蕩流反應器(Oscillatory Flow Reactor，簡寫為OFR)是一種很有前途的過程強化設備，即使在低流速下也能達到近似平推流型停留時間分布(RTD);其內流體的徑向速度和軸向速度處于同一數(shù)量級，使整個體系達到良好的混合狀態(tài)，展現(xiàn)出高效的傳熱和傳質性能;另外，OFR的控制精確簡單，通過調節(jié)振幅和頻率就可以獲得所需程度的混合，在化學反應、懸浮聚合、工業(yè)結晶等工業(yè)過程中具有廣闊的應用前景。
　　 錐環(huán)擋板OFR是研究者

2、針對圓環(huán)型擋板上固體粒子堆積問題開發(fā)的，它有效地解決了固體粒子滯留問題，在液固體系中有很大的應用價值。目前關于錐環(huán)擋板OFR流場結構已有文獻報道，但是這些研究都是基于等溫過程，而未涉及溫度變化過程，但是傳熱過程在化學反應、懸浮聚合等應用中占有重要地位，因此這個空白領域正是本文的研究重點。
　　 本文的實驗裝置是內徑為50mm的錐環(huán)擋板振蕩流反應器，擋板間隔75mm，以管殼式換熱器的形式設計傳熱實驗，用Nuo表示錐環(huán)擋板OFR的傳

3、熱性能，擬合實驗數(shù)據(jù)得到Nuo=0.0015Pr0.4Ren1.11+0.37Pr0.4 Reo0.68(700＜Reo＜14000)，發(fā)現(xiàn)錐環(huán)擋板OFR傳熱效果比光滑管提高大約9～13倍。
　　 計算采用的幾何模型主體尺寸參照實驗裝置，共有10個腔室，并采用結構化網(wǎng)格和非結構化網(wǎng)格對計算域進行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格總數(shù)為981532。湍流模型采用RNGκ-ε模型，對于空間上的離散，瞬時項采用二階向后歐拉差分格式，對流項采用High R

4、esolution格式，擴散項則采用中心差分格式。
　　 通過分析流場及溫度場的可視化結果發(fā)現(xiàn)，OFR腔室上游方向會形成一對拉長的漩渦，這是導致徑向混合的主要原因，而腔室下游方向的漩渦則被凈流壓縮，影響范圍較小，漩渦和主流體的作用是熱量傳遞強化的主要原因。
　　 采用模型參數(shù)的默認值計算得到的Nuo和實驗有較大差距，因此本文進行了參數(shù)的修正，發(fā)現(xiàn)單參數(shù)（主要是Prt、Cμ、C1ε和C2ε）的修正結果仍然不能與實驗結果相一