錐環(huán)擋板振蕩流反應(yīng)器傳熱過(guò)程的實(shí)驗(yàn)和模擬研究.pdf

1、振蕩流反應(yīng)器(Oscillatory Flow Reactor，簡(jiǎn)寫(xiě)為OFR)是一種很有前途的過(guò)程強(qiáng)化設(shè)備，即使在低流速下也能達(dá)到近似平推流型停留時(shí)間分布(RTD);其內(nèi)流體的徑向速度和軸向速度處于同一數(shù)量級(jí)，使整個(gè)體系達(dá)到良好的混合狀態(tài)，展現(xiàn)出高效的傳熱和傳質(zhì)性能;另外，OFR的控制精確簡(jiǎn)單，通過(guò)調(diào)節(jié)振幅和頻率就可以獲得所需程度的混合，在化學(xué)反應(yīng)、懸浮聚合、工業(yè)結(jié)晶等工業(yè)過(guò)程中具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　 錐環(huán)擋板OFR是研究者

2、針對(duì)圓環(huán)型擋板上固體粒子堆積問(wèn)題開(kāi)發(fā)的，它有效地解決了固體粒子滯留問(wèn)題，在液固體系中有很大的應(yīng)用價(jià)值。目前關(guān)于錐環(huán)擋板OFR流場(chǎng)結(jié)構(gòu)已有文獻(xiàn)報(bào)道，但是這些研究都是基于等溫過(guò)程，而未涉及溫度變化過(guò)程，但是傳熱過(guò)程在化學(xué)反應(yīng)、懸浮聚合等應(yīng)用中占有重要地位，因此這個(gè)空白領(lǐng)域正是本文的研究重點(diǎn)。
　　 本文的實(shí)驗(yàn)裝置是內(nèi)徑為50mm的錐環(huán)擋板振蕩流反應(yīng)器，擋板間隔75mm，以管殼式換熱器的形式設(shè)計(jì)傳熱實(shí)驗(yàn)，用Nuo表示錐環(huán)擋板OFR的傳

3、熱性能，擬合實(shí)驗(yàn)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(jì)算采用的幾何模型主體尺寸參照實(shí)驗(yàn)裝置，共有10個(gè)腔室，并采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格對(duì)計(jì)算域進(jìn)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(duì)于空間上的離散，瞬時(shí)項(xiàng)采用二階向后歐拉差分格式，對(duì)流項(xiàng)采用High R

4、esolution格式，擴(kuò)散項(xiàng)則采用中心差分格式。
　　 通過(guò)分析流場(chǎng)及溫度場(chǎng)的可視化結(jié)果發(fā)現(xiàn)，OFR腔室上游方向會(huì)形成一對(duì)拉長(zhǎng)的漩渦，這是導(dǎo)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(qiáng)化的主要原因。
　　 采用模型參數(shù)的默認(rèn)值計(jì)算得到的Nuo和實(shí)驗(yàn)有較大差距，因此本文進(jìn)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(jié)果仍然不能與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一