鹽析流動理論及管內(nèi)綠液流動的PDPA實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、鹽析現(xiàn)象普遍存在于相關(guān)工業(yè)生產(chǎn)部門鹽類溶液的輸運(yùn)過程中,這種現(xiàn)象造成能源與資源的極大浪費(fèi)。在當(dāng)前世界能源、資源日益緊張的情況下,鹽析現(xiàn)象已經(jīng)成為學(xué)術(shù)界和工程界普遍關(guān)心的重大課題。在兩項(xiàng)國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助下,本文選擇綠液這一具有典型鹽析特性的鹽溶液作為研究對象,圍繞鹽析流動理論和綠液鹽析機(jī)理、湍流流動特性,以及二者間的相互關(guān)系進(jìn)行了系統(tǒng)和深入的研究工作。
　　 在廣泛閱讀國內(nèi)外有關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,本文討論了兩相流動的理論、數(shù)

2、值計(jì)算方法及PDPA的發(fā)展與應(yīng)用,并分析了鹽析流動理論沒有得到深入研究的因?yàn)榧霸摾碚撗芯康陌l(fā)展趨勢；全面闡述了鹽析流動研究的基本理論基礎(chǔ)；針對綠液輸運(yùn)過程中的鹽析現(xiàn)象,進(jìn)行了大量的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)研究,根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究所獲得的結(jié)果、結(jié)論,提出了綠液鹽析的物理模型；依據(jù)該模型,較完整地建立了鹽析湍流流動方程組,以此作為控制方程對綠液輸運(yùn)湍流場進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算,并與PDPA測量結(jié)果進(jìn)行比較；探討與分析了與鹽析過程有關(guān)的參數(shù)諸如速度、粒徑、數(shù)密度等的PD

3、PA測量原理與方法；對管內(nèi)綠液流動進(jìn)行了較全面、完整的PDPA實(shí)驗(yàn)研究；對矩形管內(nèi)不同運(yùn)行條件下的鹽析機(jī)理、湍流流動特性、鹽析速率進(jìn)行了分析探討；并對圓管內(nèi)綠液流動特性進(jìn)行了研究。
　　 本文的主要成果如下:
　　 1.根據(jù)實(shí)際情況,認(rèn)為非均相成核機(jī)制是鹽析過程的主導(dǎo)機(jī)制:提出鹽析過程的實(shí)質(zhì)就是強(qiáng)制對流條件下伴有化學(xué)反應(yīng)的液.固兩相(或多相)間的質(zhì)量、動量、能量傳遞過程,對鹽析晶體生長的研究應(yīng)考慮輸運(yùn)過程的約束作用,在兩

4、相或多相流動的范圍內(nèi)研究鹽析過程。
　　 2.根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際觀測的結(jié)果,提出了綠液鹽析呈線性生長的方式；綜合運(yùn)用各種實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)手段所獲得的結(jié)論,初步揭示了鹽析的機(jī)理,同時(shí)也為建立相應(yīng)的物理數(shù)學(xué)模型提供實(shí)際和理論依據(jù)。
　　 3.建立了符合綠液鹽析過程的物理模型,根據(jù)該模型,在數(shù)學(xué)和力學(xué)具體處理上,提出將亞微晶核及由亞微晶核成長起來的鹽析晶體顆粒作為顆粒相,糊狀區(qū)域作為固相,過飽和溶液作為液相,由此建立了相應(yīng)的三相流動控

5、制體。
　　 4.在此基礎(chǔ)上建立了包括三個(gè)質(zhì)量方程、兩個(gè)動量方程和一個(gè)統(tǒng)一的能量方程在內(nèi)共六個(gè)方程組成的液相、固相、顆粒相三相鹽析湍流流動控制方程組。
　　 5.較系統(tǒng)地開展了綠液鹽析中液相、顆粒相湍流流動的PDPA測量工作,所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案可為進(jìn)行其它鹽類溶液的湍流流動測試研究提供參考。
　　 6.對矩形管內(nèi)測試結(jié)果進(jìn)行了細(xì)致分析,分析與闡述了在同一主流速度、同一濃度,不同溫度時(shí),湍流狀態(tài)下鹽析過程的內(nèi)在輸運(yùn)機(jī)

6、理、湍流流動結(jié)構(gòu)及其二者的相互關(guān)系:提出鹽析過程與湍流流動結(jié)構(gòu)的變化互相影響、互為條件、相輔相成。
　　 7.通過對同一主流速度、同一溫度,不同濃度下矩形管內(nèi)綠液流動特性的研究,獲得以下結(jié)論:(1)鹽析速率對過飽和濃度這一鹽析的最直接的驅(qū)動力非常敏感；(2)鹽析晶體顆粒的生長過程不僅僅受到流體動力學(xué)參數(shù)的制約,還受到諸如晶體生長驅(qū)動力、表面活化能、成核功及臨界半徑等晶體生長動力學(xué)參數(shù)的影響,因此在不同狀態(tài)下可表現(xiàn)出不同的生長速率

7、；(3)沿垂線方向成核速率的差異會導(dǎo)致一系列的結(jié)果,包括湍流脈動強(qiáng)度分布的不均勻性；(4)隨溶質(zhì)濃度的變化,增阻效應(yīng)、碰撞凝并機(jī)制、粒度分布不均勻性等共同作用的結(jié)果使得主流區(qū)域與接近邊壁處的平均速度分布呈現(xiàn)不同的變化趨勢。
　　 8.對矩形管內(nèi)同一主流溫度、溶質(zhì)濃度,不同平均速度下的鹽析速率進(jìn)行了探討,提出平均速度降低相應(yīng)的湍流脈動強(qiáng)度也減弱,并會導(dǎo)致鹽析晶體的生長變緩；但速度降低到某一臨界值后,鹽析晶體顆粒的生長速度又會加快,