噴射器內(nèi)化學(xué)反應(yīng)流體間的微觀混合研究.pdf

1、噴射反應(yīng)器近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于化工、生物、環(huán)保等領(lǐng)域,具有傳質(zhì)效果好、混合率高、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。噴射器內(nèi)進(jìn)行的湍流反應(yīng)過(guò)程具有高度的復(fù)雜性和多尺度性,目前對(duì)它的研究還不夠充分,設(shè)計(jì)和放大都基本依靠實(shí)驗(yàn)進(jìn)行。本文利用面激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)(Planar Laser Induced Fluorescence,PLIF)和計(jì)算流體力學(xué)(Computed Fluid Dynamics,CFD)軟件分別從實(shí)驗(yàn)和理論的角度考察噴射器內(nèi)湍流微觀混合情況。其

2、中,PLIF實(shí)驗(yàn)考察的是噴射器內(nèi)流體間的綜合混合效果,包括宏觀混合、介觀混合、微觀混合。而CFD模擬可以通過(guò)人為的設(shè)置,僅僅給出流體間的宏觀混合。本文的工作內(nèi)容有以下幾個(gè)方面:
　　一、以酸堿中和反應(yīng)作為此次湍流微觀混合的研究對(duì)象,PLIF實(shí)驗(yàn)和CFD模擬分別可以給出此反應(yīng)中關(guān)鍵物質(zhì)在噴射器內(nèi)的濃度變化。利用二者的相對(duì)變化量定義無(wú)量綱的物理量——局部分離度,其值僅僅指示噴射器內(nèi)部的微觀混合。越靠近1,表明微觀混合效果越差;相反,越

3、接近于0,表明微觀混合效果越好。
　　二、鹽酸作為射流流體從噴嘴流出,氫氧化鈉作為引流流體從側(cè)管進(jìn)入噴射器的混合段,與鹽酸混合。其他操作條件不變的情況下,依次改變射流流體流量、引流流體流量、兩股流體的流量比,考察各個(gè)條件下局部分離度沿噴射器軸線的變化情況。
　　三、CFD軟件中有多種不同的微觀混合模型,利用不同的模型計(jì)算得到噴射器軸線上關(guān)鍵物質(zhì)的濃度分布變化,將得出的結(jié)果與PLIF實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較,結(jié)果表明渦耗散模型(ED)與實(shí)

4、際情況吻合較好。
　　四、利用渦耗散模型,考察不同結(jié)構(gòu)尺寸(如不同噴嘴直徑、不同混合段直徑、不同混合段形狀)的噴射器中,流體微觀混合的變化情況。結(jié)果表明大的噴嘴直徑以及大的混合段直徑都不利于流體間的微觀混合。而當(dāng)混合段的形狀由圓柱形變?yōu)殄F臺(tái)狀時(shí),發(fā)現(xiàn)噴射器內(nèi)相同位置處關(guān)鍵物質(zhì)的濃度變小,說(shuō)明錐臺(tái)狀的混合段有利于流體間的混合。這是因?yàn)殄F臺(tái)狀的混合段在一定程度上增大了流體間的湍動(dòng),有利于混合。
　　五、混合段形狀保持為錐臺(tái)形,改