液體連續(xù)相撞擊流強化傳遞過程的波動特性.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)器中的一種新類型，其優(yōu)良的混合性能來源于自身能夠顯著強化混合分散過程，而反應(yīng)器具有特殊的流體流動結(jié)構(gòu)，其身結(jié)構(gòu)與操作特性的微小變化又影響整個流場中流體的混合效率、分散范圍和強度等。從反應(yīng)器自身反應(yīng)效率來看，傳質(zhì)傳熱及相關(guān)反應(yīng)過程都是在反應(yīng)器中進行，而且反應(yīng)器中流場和反應(yīng)過程存在復(fù)雜多變性，需要通過對反應(yīng)器內(nèi)波動特性特研究與測定來解決。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、波動特性對闡述其混合過程機理以及優(yōu)化結(jié)構(gòu)具有必要性和參考性。
　　本文通過幾何模型軟件Gambit建立探究所需的各種LISR基本幾何物理模型，再由常用計算流體力學(xué)所用數(shù)值模擬軟件即 Fluent對 LISR內(nèi)整個流場進行數(shù)值模擬，探討了在不同結(jié)構(gòu)方式如：不同槳葉類型、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、壓力場在空間域和時間域上的波動分布規(guī)律，得到各種工況下撞擊區(qū)域和循環(huán)區(qū)域壓力場、速度場在軸

3、向和徑向方向上的一系列變化規(guī)律，并通過數(shù)值擬合得到各工況與壓力波動分布之間的關(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，結(jié)構(gòu)方式的改變對撞擊區(qū)域的壓力和速度波動隨時間的整體變化趨勢沒有影響，轉(zhuǎn)速為1000r/min時，反應(yīng)器內(nèi)壓力場和速度場穩(wěn)定時間需要3s；在結(jié)構(gòu)方式一定時，操作參數(shù)的改變會影響流場穩(wěn)定時間，物料空氣組分含量分體積比為0是所需時間為3s左右，增加

4、到0.3時所需時間為4.5s左右，增加到0.6時，所需時間為6s左右，同時當槳葉轉(zhuǎn)速由1000r/min降低到500r/min時，流場穩(wěn)定時間由3s增加到4.5s，轉(zhuǎn)速過低則增加了流場穩(wěn)定所需時間。
　　結(jié)構(gòu)方式和操作參數(shù)的改變對撞擊區(qū)域速度、壓力和壓力波動強度的空間分布整體趨勢也沒有影響，各撞擊面上的速度、壓力在空間域上關(guān)于軸向中心線成對稱結(jié)構(gòu)分布，壓力波動強度在空間域上關(guān)于徑向中心線呈現(xiàn)對稱結(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的趨勢，各撞擊面最大速度和壓力值的位置會隨離中心撞擊面距離的增大而靠近軸向中心軸，同時離中心撞擊面距離越遠壓力波動強度值越大。
　　槳葉面積的增大有利于撞擊過程中軸向壓力和速度沿著徑向壓力和速度的轉(zhuǎn)換，同時各撞擊面最大壓力值與無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，距離越遠流場的壓力波動值越大。
　　筒徑比的增大即導(dǎo)流筒長度的增加使導(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，但過度增大反而呈相反趨勢，同時就速度場而言，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。
　　隨著槳葉對置距離的增加，導(dǎo)流筒入口附近區(qū)域壓力波動值和速度會增大，同時也減弱了撞擊區(qū)域內(nèi)壓力波動和速度值，槳葉對置距離增加一倍，相應(yīng)的壓力值和速度值會減小一倍。當槳葉對置距離由100mm增

7、加到140mm時，各撞擊面上的壓力波動強度值保持一致，說明對置距離增加到一定值時，壓力波動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量綱對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減弱撞擊區(qū)域內(nèi)壓力波動和速度波動，流場不穩(wěn)定階段，速度波動幅度和劇烈程度隨空氣體積分數(shù)的增加而增大，同時循環(huán)區(qū)域與導(dǎo)流筒入口區(qū)域水的速度和流動范圍也減小，空氣含量的增大不利于整個流場中水的流動性能。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，整個流場的體積分數(shù)分布關(guān)于徑向軸線成對稱結(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)速的增加加強了撞擊區(qū)域內(nèi)壓力波動和速度波動，轉(zhuǎn)速為1500r/min時相鄰兩撞擊面壓力波動強度的最大增幅值為123.92Pa，而轉(zhuǎn)速為1000r/min和500r/min時其最大增幅分別為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