立式循环撞击流反应器三维流场的数值模拟

利用Fluent软件对立式循环撞击流反应器三堆流场进行数值模拟和分析.立式循环撞击流反应器内速度场和压力场分布关于撞击面对称,证实了驻面的存在,导流筒外侧和撞击面边缘存在死区;由于导流筒对流体引导作用,撞击区水平面x轴上速度最大的点出现在导流筒近壁面位置;定义了表征不同撞击流初始速度下混合效率无量纲系数k,且k值随撞击...     

液体连续相撞击流反应器中流体混合时间的数值模拟

在混合时间理论计算基础上利用CFD技术模拟连续操作的LISR混合过程, 数值计算与验证混合时间的变化规律。结果表明, 随着输入比有效功率增大, 混合时间先急剧减小后逐渐趋于平稳;LISR撞击区一次撞击局部混合时间在0.25 s以内, 与经验公式或理论公式计算所得结果在数量级上完全一致, 证明数值方法分析一次撞击局部混合时间是可行的, 而且可以弥补实验无法测定中间过程参量的不足;进一步数值分析宏观混合时间与微观混合时间发现, 二者大小相差1个数量级, 但二者变化规律处于一种联动平衡状态, 该结果与前期理论分析结果一致;本研究所得结论可为后续LISR混合强化机理与性能研究提供定量参考。     

气液混合式撞击流反应器流场特性数值模拟

撞击流反应器具有高效传质和相间强相互作用等优点,在工业上被广泛应用.基于传统撞击流反应器构建了新型二路加速管同轴对置撞击流反应器,进行了以空气为连续相、液态水为离散相的流场混合特性模拟,分析了不同气相流速下气液高速混合流动过程,研究内部流场速度、压力分布及颗粒直径与停滞时间的变化特性.结果表明,流场分布关于撞击面对称,...     

柱形涡发生器强化撞击流反应器流场特性的数值模拟

利用数值模拟方法分析设有柱形涡发生器的撞击流反应器的流场特性,优化了柱形涡发生器的尺寸与位置参数,考察了柱形涡发生器尺寸与位置参数对撞击流反应器流场结构、速度分布、湍流尺度和混合性能的影响。结果表明,柱形涡发生器直径D=10 mm时,反应器内旋涡数量最多,涡系影响范围最广;D<10 mm时,旋涡数量减少;D>10 mm时,涡系影响范围减小。柱形涡发生器横向间距的增加使反应器内旋涡数量减小,涡系影响范围增大。随着柱形涡发生器横向间距、纵向间距的增加,撞击流反应器径向流速、湍流尺度和混合强度均先增大后减小。当柱形涡发生器横向间距K=5 mm、纵向间距J=70 mm时,撞击流反应器混合效果最佳。     

立式循环撞击流反应器不同倾角桨叶的混合性能比较

采用FLUENT软件对不同倾角桨叶和转速下的立式循环撞击流反应器流场分布进行了数值模拟。分析结果表明,同一转速下时,特征撞击面上速度分布的平均值比较接近,说明倾角对撞击混合的传质效果影响不大;同一转速时,桨叶倾角为45°的撞击面上速度沿径向分布的均方根差σ值最大,这表示速度沿径向分布的离散程度最大,撞击混合效果最佳。     

立式循环撞击流反应器不同撞击间距下混合性能分析

为优化和改进立式循环撞击流反应器的结构布局,提高其混合性能,本文采用Fluent软件对立式循环撞击流反应器在导流筒不同间距结构下的流场进行数值模拟,反应器上下两导流筒的间距D设置为60 mm、80 mm、100 mm、120 mm,反应在3组转速下分别进行w=5 r/s、15 r/s、25 r/s。计算结果表明：在相同转速下,导流筒间距D=80 mm时的特征撞击面上的平均速度最大,说明该结构下对应的传质效果更好;在相同转速下,导流筒间距D=60 mm时撞击面径向速度分布的均方根差σ最大,表明该结构下速度分布的梯度最大,流场剪切混合效果更好。     

立式循环撞击流反应器中不同桨叶倾角及布置形式对混合性能影响的数值模拟

为探讨多结构参数调整所产生的组合影响对立式循环撞击流反应器（VCISR）混合性能的影响,采用数值模拟的方法,使用fluent软件对不同转速、上下桨不同错位角排布和不同桨叶倾角结构的VCISR流场进行了计算分析,结论表明：错位角为0°结构时的混合能力优于其他错位角结构：在上下桨正对排布无错位角的情况下。桨叶倾角为15°时的VCISR在撞击面上的平均速度最大,表明该结构下的流场循环能力最好;桨叶倾角为60°时的VCISR在撞击面上的平均剪切速率最大,表明该结构下在撞击区内的流团混合最强烈：在VCISR中,剪切运动越强则能耗效率越低,同时,增加搅拌转速能够强化混台效果,但随着搅拌转速的增加单位能量的混合效果会逐渐减弱即能量使用效率会降低。     

两组同轴相向撞击流反应器流场的仿真研究

利用Fluent软件对两组同轴相向撞击流反应器内的流场进行了模拟,研究了在不同流速下两组同轴相向撞击流反应器内的流场结构。模拟结果表明,随着进口速度的增加撞击区逐渐扩大,并使其周围形成的漩涡更加密集,涡流现象更为明显,产生了更大的速度梯度。同时,湍流强度随进口速度的增加变化明显,相对湍流强度增强,更有利于反应器内的湍动混合。     

撞击流反应器内幂律流体流动特性的数值模拟

采用数值模拟方法对撞击流反应器内幂律流体的流动特性进行研究,分析了不同喷嘴间距和入口流速下清水和不同质量分数幂律流体的径向射流扩展率、径向速度衰减率、剪切应力、表观黏度等分布规律,研究表明：幂律流体中径向射流的径向速度分布规律与清水径向射流相似。随喷嘴间距的增大,扩展率增大,径向速度衰减率减小,平均剪切应力呈先增大后减小的变化规律,其中L=3D时平均剪切应力值最大,更利于流体混合。入口流速越大,扩展率越小,径向速度衰减率越大,平均剪切应力也随之增大。幂律流体的平均剪切应力大于清水,且随质量分数的增大,其扩展率增大,为清水扩展率的1.3~3.3倍,而幂律流体的径向速度衰减率从-1.268~-1.125降低到-1.144~-1.082,逐渐小于清水。幂律流体径向射流区域的剪切应力呈“M”形分布,表观黏度则呈“W”形分布,流体的流变性质对撞击流反应器内流体的流动规律影响显著。     

三股对撞式撞击流反应器微观混合性能研究

采用高速数码相机对三股对撞式撞击流反应器不同入口雷诺数下的流场特征进行了研究,并采用碘化物-碘酸盐平行竞争反应体系,考察了不同喷嘴直径下的入口雷诺数、不同溶液体积流量比对离集指数的影响。结果表明:入口雷诺数、溶液体积流量比对离集指数有明显的影响。增大入口雷诺数,三股流体高速撞击破碎成的液滴粒径逐渐减小,液滴雾化程度增加,离集指数减小,微观混合效果增加;增大体积流量比,溶液局部浓度增大,导致混合不均匀,离集指数增大。与传统撞击流反应器相比,三股对撞式撞击流反应器离集指数为传统撞击流反应器的2/5,表现出了较好的微观混合性能,更适用于不等溶液体积流量比的液液快速混合反应。     

高级氧化耦合撞击流技术强化废水降解过程的数值模拟

为了探讨应用撞击流技术强化废水高级氧化降解过程,采用控制容积数值分析法通过FLUENT软件分别模拟了气相和液相单相撞击流的流场,为模拟气液两相流的撞击流流场,建立了k1-ε1-kb-εb双流体数学模型,并模拟了气液双流体撞击过程.模拟结果表明,撞击过程形成强烈的湍动,为强化传递提供很好的条件.气液撞击过程中强烈的相互渗...     

PIV experiment and large eddy simulation of turbulence characteristics in a confined impinging jet reactor

Confined impinging jet reactor(CIJR) is a typical process intensification device used in the chemical industry.In this study, two dimensional Particle Image Velocimetry(PIV) and Large Eddy Simulation(LES) method were used to investigate the flow field in a CIJR with jets of diameter 3 mm under highly turbulent condition.The results showed LES can predict the velocity and Turbulence Kinetic Energy(TKE) distributions in the reactor well by comparing with the PIV results.In the CIJR, the stagnation point fluctuates with the turbulence, and its instantaneous position accords with the normal distribution.Three methods, including s–t representation, Lumley–Newman triangle and A–G representation, were used to compare the turbulence anisotropy in the mixing chamber.It was found that the anisotropy in the impinging area and at the edge of impinging jet was strong and the maximum deviation was up to 40%.The results from 2 DPIV would lead to an overestimation of the turbulent kinetic energy as much as 20% to 30% than the results from the three dimensional numerical simulation.     

Effects of geometry and operating conditions on the mixing behavior of an in-line impinging stream mixer

The present study investigated experimentally the effects of various geometric and operating parameters on the mixing characteristics of model liquids undergoing mixing in a novel in-line mixer, viz. an in-line impinging stream (IS) mixer. First, the mixer with one set of three inlet jets was used. Later two sets of inlet jets were used in order to increase the number of impingement zones and hence the mixing capability of the mixer. A statistical analysis was performed to indicate the best geometry of the mixer based on the data of both the mixing effectiveness and the pressure loss due to impingement of liquid streams.     

双组水平喷嘴撞击流反应器流场POD分析

利用二维高速粒子图像测速技术研究双组分层水平对置撞击流湍流场,考察了双组喷嘴在不同Re、不同直径及上下径向射流不同工况下的流动结构,对速度场进行POD分解,提取流场中含能大尺度结构。结果表明,低阶本征模态拥有大尺度涡旋结构,流场涡旋结构明显,瞬时流场能量主要集中在一阶模态,易于描述整个流场的流动特征,脉动场的模态重构可以准确还原流场中的涡结构。L=3d工况下,不对称流场能量高于对称流场;低阶模态能量随喷嘴Re的增大而增大,而随喷嘴直径增大呈先递增后递减的趋势,直径d=10 mm的工况下所对应的一阶模态能量最高,涡强最大。     

撞击流反应器制备纳米四氧化三铁的研究

在浸没式循环撞击流反应器中,以氨水为沉淀剂,用七水合硫酸亚铁和六水合三氯化铁为原料,采用共沉淀法制备了纳米四氧化三铁粒子。考察了搅拌转速、亚铁与三价铁物质的量比、反应温度和溶液pH对所得纳米四氧化三铁的分散性和粒径的影响。采用傅里叶红外光谱仪、透射电镜、X射线衍射仪等对制得的纳米粒子的结构和性能进行了表征。结果表明：用撞击流反应器制备纳米四氧化三铁粒子的最佳工艺条件：亚铁与三价铁物质的量比为1 ∶1,反应温度为40 ℃,搅拌转速为1 600 r/min,以氨水作沉淀剂,最佳pH控制在11.0左右。在上述条件下,可以制备出分散性好、纯度高、平均粒径为10 nm的四氧化三铁粒子。     

CFD simulation of liquid-phase mixing in solid-liquid stirred reactor

A comprehensive CFD model was developed to gain an insight into solid suspension and its implications on the liquid-phase mixing process in a solid-liquid stirred reactor. The turbulent solid-liquid flow in a stirred reactor was simulated using a two-fluid model with the standard k-ε turbulence model with mixture properties. The multiple reference frames (MRFs) approach was used to simulate impeller rotation in a fully baffled reactor. The computational model with necessary sub-models was mapped on to a commercial solver FLUENT 6.2 (of Fluent Inc., USA). The predicted solid concentration distribution was compared with the experimental data of Yamazaki et al. [1986. Concentration profiles of solids suspended in a stirred tank. Powder Technology 48, 205-216]. The computational model was then further extended to simulate and understand the implications of the suspension quality on liquid-phase mixing process. The computational model and the predicted results discussed here will be useful for understanding the liquid-phase mixing process in stirred slurry reactors in various stages of solid suspension.     

撞击流反应器处理含苯酚废水的实验研究

以磷酸三丁酯(TBP)为萃取剂,用撞击流反应器对模拟含苯酚废水进行了萃取除酚的研究。在相同条件下,与传统反应器相比,撞击流反应器单级萃取分配比可提高约20%。通过实验得到撞击流反应器适宜的操作条件,在此条件下除酚率在95%以上。