液體連續(xù)相撞擊流強(qiáng)化傳遞過(guò)程的宏觀分散特性.pdf

1、石化和冶金裝備中，生產(chǎn)效率和生產(chǎn)工藝的強(qiáng)化因素常常受到傳質(zhì)傳熱以及各相反應(yīng)等因素的影響，尤其是受反應(yīng)器內(nèi)流場(chǎng)的影響最大。液體連續(xù)相撞擊流反應(yīng)器（簡(jiǎn)稱 LISR）是目前化工設(shè)備中的一種新型反應(yīng)器，其性能優(yōu)良性能的來(lái)源是因?yàn)樽矒袅髦芯哂袕?qiáng)化混合分散的作用，由大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知：LISR不僅有很好的分散混合與促進(jìn)反應(yīng)優(yōu)點(diǎn)，還可以明顯促進(jìn)產(chǎn)品性能方面的提升，這些優(yōu)點(diǎn)對(duì)于LISR的混合與擴(kuò)散的過(guò)程研究具有必要性。同時(shí)，LISR中流體存在流動(dòng)結(jié)構(gòu)特

2、性和分散特性，特別是流體宏觀分散特性，它影響著流體混合效率和分散效率，在時(shí)間域中，宏觀分散發(fā)生在微觀分散的前面，并且宏觀分散所需時(shí)間超過(guò)微觀分散所需時(shí)間，所以縮短反應(yīng)器宏觀分散時(shí)間能大大縮短流體總的混合時(shí)間，但目前對(duì)此的研究偏少，絕大部分是采用實(shí)驗(yàn)的方法流體混合分散性能。
　　本文的研究對(duì)象是 LISR，在先前實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕Y(jié)構(gòu)尺寸基礎(chǔ)上，利用前處理軟件GAMBIT構(gòu)建物理幾何模型并進(jìn)行多網(wǎng)格劃分，其次采用CFD軟件FLUENT對(duì)多組

3、不同結(jié)構(gòu)方式與操作條件下的LISR中的流體宏觀分散流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬分析，得到了的流體宏觀分散特性隨各種參數(shù)變化的分布規(guī)律。
　　主要結(jié)果如下：斜槳型下的液體連續(xù)相撞擊流反應(yīng)器所產(chǎn)生的最大壓力波動(dòng)幅度為16.3911Pa，而螺旋面槳葉只有3.8017Pa；斜槳葉下沿Z軸的平均剪切應(yīng)力為0.0272 N/m2，沿Z軸的流體組分分?jǐn)?shù)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.0226，且其混合時(shí)間近似為2.5s；而螺旋面槳葉下沿Z軸的平均剪切應(yīng)力為0.0204 N/

4、m2，沿Z軸的流體組分分?jǐn)?shù)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.0400，混合時(shí)間近似為3s；另外，斜槳葉下的體積平均湍動(dòng)能為0.0401 m2/s2，而螺旋面槳葉的體積平均湍動(dòng)能為0.0185 m2/s2。當(dāng)槳葉轉(zhuǎn)速為1500r/min時(shí)，出現(xiàn)最大壓力平均值為245.923Pa，最大湍動(dòng)能值為0.168m2/s2；而且，槳葉轉(zhuǎn)速的增加使得流體宏觀混合所需的時(shí)間變短，但當(dāng)槳葉轉(zhuǎn)速增加到一定程度時(shí)，宏觀混合所需的時(shí)間隨槳葉轉(zhuǎn)速的變化就不太明顯；導(dǎo)流筒間距的增加對(duì)

5、流體最大速度的影響不明顯，軸向壓力在穩(wěn)定時(shí)間段內(nèi)的平均壓力呈先增加后減小的規(guī)律，當(dāng)導(dǎo)流筒間距為40mm時(shí)出現(xiàn)最大值為6.432Pa；徑向壓力在穩(wěn)定時(shí)刻平均壓力先減小后增大，當(dāng)導(dǎo)流筒間距為60mm時(shí)出現(xiàn)最大值為99.367Pa；湍動(dòng)能呈遞減趨勢(shì)，最大值為0.088m2/s2；同時(shí)，隨著導(dǎo)流筒間距的增大，撞擊區(qū)域也變多，宏觀混合所需時(shí)間會(huì)慢慢延長(zhǎng)，而波動(dòng)效果很微弱，始終維持在2.5s左右。
　　由以上的模擬結(jié)果可知：安裝斜槳型的LIS

6、R較螺旋面槳型具有更佳的混合性能，使流體組分混合更加快速均勻；隨著槳葉轉(zhuǎn)速的增大，LISR內(nèi)流體被甩出導(dǎo)流筒相互碰撞的擠壓作用依次增強(qiáng)，流體與流體之間伴隨的能量轉(zhuǎn)化也越多，直至能量接近飽和時(shí)，流體分散效果不再增強(qiáng)。當(dāng)槳葉轉(zhuǎn)速遞增到1500r/min時(shí)，此條件的平均壓力值最大，為245.923Pa，最大湍動(dòng)能值為0.168m2/s2，并且體積平均湍動(dòng)能明顯大于槳葉轉(zhuǎn)速為500r/min所產(chǎn)生的體積平均湍動(dòng)能，此時(shí)具有更好的宏觀分散效果；導(dǎo)

7、流筒間距從小到大依次遞增時(shí)，流體運(yùn)動(dòng)的最大速度基本相似；軸向平均壓力先增后減，當(dāng)導(dǎo)流筒間距為40mm時(shí)出現(xiàn)最大值為6.432Pa；徑向壓力在穩(wěn)定時(shí)刻平均壓力先減小后增大，當(dāng)導(dǎo)流筒間距為60mm時(shí)出現(xiàn)最大值為99.367Pa；湍動(dòng)能呈遞減趨勢(shì)，最大值為0.088m2/s2；同時(shí)，當(dāng)導(dǎo)流筒間距增大時(shí)， LISR的撞擊區(qū)域也相應(yīng)的增大了，這也導(dǎo)致混合時(shí)間變長(zhǎng)，但總體變化并不是很大，結(jié)果表明，導(dǎo)流筒間距會(huì)影響 LISR的撞擊區(qū)域的體積，進(jìn)而使撞