多相流中颗粒旋转运动特性的研究进展

多相流中分散相颗粒旋转运动特性研究对于进一步揭示多相流机理有重要意义,同时也有助于人们更全面地认识多相流动,因此,越来越受到学者们的关注。近年来,人们从理论模拟方面研究颗粒旋转对流场的影响,通过改进多相流数值模型来考虑颗粒旋转,获得了与实验吻合的结果,但由于模型本身的局限性,无法全面考虑颗粒旋转运动对颗粒群和周围流场的影响;在实验研究方面,人们尝试利用高速摄像方法测量颗粒的转速,并对实际气固两相流中颗粒的转速进行了测量,但更准确、有效的颗粒转速测量方法还需进一步探索。把直接数值模拟方法应用于颗粒旋转运动特性的模拟是进一步研究颗粒旋转运动特性需要突破的方向,另外,通过计算机视觉场景中的连续图像序列对目标物体进行三维运动和结构重建的技术,也将是颗粒转速测量方法的研究重点之一。     

颗粒群研究：多相流多尺度数值模拟的基础

用两流体模型及颗粒轨道模型数值模拟过程工程设备中的多相流,都需要表达浓度较高的分散相和连续相间的作用力的本构方程. 本工作综述了多相流中颗粒受力研究的现状和尚待解决的问题. 对单个颗粒(包括流体颗粒)在静止和运动流体中的受力情况的研究结果比较丰富,但对颗粒群的研究则很不充分. 对颗粒受的曳力研究较多,但还缺乏可信的计算升力、非稳态力等的公式. 因此颗粒群的研究成为多相流准确多尺度数值模拟的关键. 开发能处理整体和局部均存在非均匀性的多相流的高效算法也是有待克服的困难.     

超声多普勒测速仪在液-固和气-液两相流测量中的应用

引　言多相流反应器在化工、环境、生化过程中得到了广泛的应用[1,2 ] ,但是由于多相流的复杂性 ,还需要进行大量深入的研究 .虽然计算流体力学在多相流领域的应用取得了一定的进展 ,但是实验研究在目前仍是多相流研究的主要手段 .多相流测量领域已经开展了大量的工作 ,但仍是一个具有挑战性的研究领域[3] .多相流中需要测量的量主要有局部颗粒浓度、颗粒速度、气含率、液体速度、气泡行为[3] .固体催化剂浓度的分布[4 ] 和气泡行为[5]对反应器性能有着重要的影响 .同时测得气液两相的速度对于更好地表征气液两相的相间作用 ,提高ＣＦＤ模型…     

反应器共混多相耐冲击聚丙烯结构和性能研究进展

回顾了近几年国内外在反应器共混多相耐冲击聚丙烯结构和性能方面所取得的主要成就,首先讨论了反应器共混多相耐冲击聚丙烯原始粉料颗粒和造粒后粒料及流延薄膜的形态结构,着重强调了分散相颗粒的多层芯－壳结构;还讨论了产品复杂性的起因、相分离及结晶的相互作用以及预剪切等对材料性能的影响;并讨论了分散相的组成和黏度对材料断裂行为的影响。     

膜分散微反应器制备纳米ZnO颗粒

膜分散微反应器利用微孔膜作为分散介质,分散相在压力作用下通过膜孔均匀分布在连续相中,由于混合尺度很小,可以达到毫秒级快速均匀混合,非常适合于快反应的纳米颗粒制备工艺.以碳酸钠和硫酸锌的水溶液为原料,在膜分散微反应器内直接沉淀反应,制备了纳米碱式碳酸锌颗粒,再通过焙烧得到纳米氧化锌颗粒.研究了焙烧温度、反应物浓度、两相流量等因素对颗粒粒径的影响规律,使用XRD、TEM、N2吸附脱附等手段对样品进行了表征.利用这种方法制备纳米颗粒的过程能耗低,易于控制,可进行连续操作,后处理过程也较简便.     

膜分散小型反应器制备ZrO2纳米颗粒的实验研究

在膜分散机理及传质性能研究的基础上,本文提出了采用小型膜分散反应器进行纳米颗粒的制备,以二氧化锆纳米颗粒的制备为例,对此方法进行了研究.结果表明,制得的颗粒粒度小,在10～30 nm之间,且粒度分布窄,分散性好,球形度高.颗粒粒径随体系流量的增大而减小,随分散相浓度增大有一最大值.同时该方法能耗低,易于控制,并可进行连续操作,是一种很好的制备纳米颗粒的方法.     

液-液分散性质的研究概况

多相接触器,如反应器、萃取器,其性能无不与相分散的性质有关。分散相尺寸及其分布、相界面积,必然影响两相的流体力学性质、分散相滞存率(hold up)分布和停留时间分布。对于液-液系统而言,液滴的破碎及凝聚速率,对传质效果有重要影响。近年来,溶剂萃取塔的数学模型已有很大进     

群体平衡方程在搅拌反应器模拟中的应用

群体平衡方程（population balance equation,PBE）是描述多相流体系中分散相大小与分布随时空变化的通用方程。搅拌反应器内多为多相流体系,考虑到颗粒聚并、破碎等微观机制对颗粒大小、分布、粒数密度等宏观参量的影响,采用PBE对搅拌槽内多相流体系进行数值模拟,可以较准确预测搅拌槽内流场和颗粒的大小与分布。对群体平衡方程在搅拌反应器数值模拟中的应用进行了综述,在简要介绍PBE的基本形式后,讨论了PBE的主要数值求解方法,然后着重介绍近年来采用PBE对搅拌槽内液固沉淀过程、气液及液液体系进行数值模拟的情况,并对今后的研究方向进行了展望。     

群体平衡方程在搅拌反应器模拟中的应用

群体平衡方程(population balance equation,PBE)是描述多相流体系中分散相大小与分布随时空变化的通用方程。搅拌反应器内多为多相流体系,考虑到颗粒聚并、破碎等微观机制对颗粒大小、分布、粒数密度等宏观参量的影响,采用PBE对搅拌槽内多相流体系进行数值模拟,可以较准确预测搅拌槽内流场和颗粒的大小与分布。对群体平衡方程在搅拌反应器数值模拟中的应用进行了综述,在简要介绍PBE的基本形式后,讨论了PBE的主要数值求解方法,然后着重介绍近年来采用PBE对搅拌槽内液固沉淀过程、气液及液液体系进行数值模拟的情况,并对今后的研究方向进行了展望。     

稀疏固液搅拌体系流动特性

引　言在固液两相搅拌反应器中 ,固体颗粒的运动行为直接影响到固液两相流的流体力学及传质特性 ,因此 ,近年来对固液两相体系中颗粒的运动行为研究愈来愈受到重视 .对于流体机械混合操作 ,许多情况下流动均处于湍流区域 ,涉及到多相态时 ,问题变得更为复杂 .颗粒和湍流的相互作用 ,很久以来一直是人们研究的基本问题之一[1～ 3] ,对有固体颗粒存在下液相流体速度及湍流脉动变化规律 ,也是研究人员和工程技术人员关注的重点 .现有文献中用激光测量搅拌槽内固液两相流动的数据很少 ,仅Ｎｏｕｒｉ[3] 测量了六直叶涡轮搅拌槽内固液两相速度分…     

单颗粒和颗粒群研究的挑战

Numerical simulation of multiphase flows in processing equipment in industry with two-fluid models and Eulerian-Lagrangian approaches requires the constitutive equations describing the interactions between the dispersed phase of high concentration and the continuous phase. The status of research on the forces on dispersed solid and fluid particles is reviewed in this article. As compared with the knowledge on drag of single solid particles, study on particle swarms and on other forces is not sufficient to meet the demand of reliable and efficient numerical simulation of multiphase flows. Thus, thorough study on the particle swarms becomes the key to accurate multi-scale simulation of multiphase flows. Besides, the development of efficient algorithm dealing with the non-uniformity on both equipment and mesoscopic scales is recognized as an important issue to be resolved. The research topics in the near future are suggested.     

微通道限域空间内的气泡破裂研究进展与展望

多相微反应器等微通道设备具有高效、安全等优势与广阔的应用前景,其中气泡分散相的形变、聚并、破裂等诸多流体力学行为对反应体系具有非常重要的影响,然而由于微通道的尺度特征以及多相流动非均匀性、复杂性等特点,复杂限域结构内的气泡形变与破裂机理认识仍不够充分。本文针对近年来在微尺度限域结构中的气泡形变与破裂等研究进展进行综述,首先概述了微通道多相流主要研究对象及研究方法,探讨了含有颗粒等受限狭窄空间及复杂多相条件下的传递机理研究进展,总结了气泡界面演变及不稳定破裂过程的多相相间作用机制。最后,提出研究体系构建、研究方法改进、相间作用解析以及工程化需求匹配是微尺度复杂限域空间内的气泡行为研究关键,并对下一步研究方向进行了分析与展望。     

流体-固体两相流的数值模拟

鉴于流体 -固体两相流及其数值模拟在化学工程中愈来愈广泛的应用 ,本文综述了Euler坐标系下流体相湍流模型、颗粒轨道模型以及流体 -颗粒双流体模型的基本原理和数值模拟方法 ;对相间耦合和颗粒间的相互作用也进行了介绍 ,特别是对能详细描述多颗粒间相互作用的颗粒离散单元法在流体 -固体两相流中的应用进行了详细描述 ;在评述各模型的优缺点和分析目前存在的问题的基础上 ,提出了今后的发展方向     

A one-dimensional instationary heterogeneous mass transfer model for gas absorption in multiphase systems

For a physically correct analysis (and prediction) of the effect of fine, dispersed phase drops or particles on the mass transfer rate in multiphase systems, it was demonstrated that only 3-D instationary, heterogeneous mass transfer models should be used. Existing models are either homogeneous, stationary or single particle models. As a first step, a 1-D, instationary, heterogeneous multi-particle mass transfer model was developed. With this model the influence of several system parameters was studied and problems and pitfalls in the translation of modeling results for heterogeneous models into a prediction of absorption fluxes are discussed. It was found that only those particles located closely to the gas–liquid interface determine mass transfer. For these particles the distance of the first particle to the gas–liquid interface and the particle capacity turned out to be the most important parameters. Comparisons with a homogeneous model and experimental results are presented. Typical differences in results comparing a homogeneous model with the 1-D heterogeneous model developed in this work could be attributed to a change in the near interface geometry. Future work in this field should therefore be directed towards near interface phenomena. Three dimensional mass transfer models, of which a preliminary result is presented, are indispensable for this.     

鼓泡流化床内高灰煤气化过程的颗粒尺度特性研究

基于多相流体质点网格方法(MP-PIC)对高灰煤在三维鼓泡流化床气化过程进行了数值模拟研究。在欧拉-拉格朗日框架下将气相和固相分别视作连续介质和离散相处理。首先,将模拟得到的出口处气体组分结果与实验数据进行对比,实验数据与模拟结果具有良好的一致性。其次,研究了煤颗粒在气化炉内的温度、传热系数、速度和停留时间,从颗粒尺度揭示了鼓泡流化床气化炉内的颗粒分布特性和气固流动特征。结果表明:在气化炉入口附近煤颗粒与床层温差最大,传热系数最大;由于流化床内强非线性的气固流动,床中煤温度和传热系数的空间分布不均匀;煤颗粒和床料的瞬时速度具有稳定的波动幅度,其中垂直方向速度波动最明显,且煤颗粒的瞬时速度比床料的瞬时速度略大;由于颗粒间的剧烈碰撞,延长了煤颗粒停留时间。此外,对鼓泡流化床中煤气化过程颗粒尺度的研究,有助于深入了解固体颗粒的流动行为以及气固相相互作用特性,对鼓泡流化床反应器的设计优化具有重要意义。     

Scale effects in fluidized multiphase reactors

It is shown that the two-phase model for bubbling gas—solid fluidized beds can be extended to bubble column slurry reactors operating in the heterogeneous flow regime by proper definition of the ‘dilute’ and ‘dense’ phases. The ‘dilute’ phase in a bubble column slurry reactor is to be identified with the fast-rising ‘large’ bubbles. The ‘dense’ phase consists of the slurry phase in which ‘small’ bubbles are finely dispersed. With the aid of extensive experimental data obtained in columns of 0.1, 0.19 and 0.38 m diameter it is shown that the rise velocity of the ‘dilute’ phase for gas—solid fluid beds and slurry reactors show analogous scale dependencies and can be modelled in a similar manner. It is also demonstrated that fluidized multiphase reactors can be modelled in a common manner using Computational Fluid Dynamics (CFD) within the Eulerian framework. It is concluded that CFD is an invaluable tool for scaling up of fluidized multiphase reactors.     

陶瓷基复合材料微观结构设计

把弹性力学和断裂力学应用到颗粒弥散复相陶瓷的微观热应力分析中，对弥散相颗粒尺寸和体积分数的临界值进行了推导，并提出了颗粒弥散陶瓷微观结构及材质设计的一般性原则。     

两相及多相体系的离散相行为与群体平衡模型

气体、固体和液体共存的两相及多相系统广泛存在于自然界和过程工业领域。两相及多相系统的研究方法有直接模拟法、离散颗粒模拟和双流体模型等.直接模拟法和离散颗粒模拟需要研究离散相的特征及物理过程,而提高双流体模型的精度,也必须注意离散相的分布特征以及微观行为,以确定相间相互作用.群体平衡模型作为一种联系离散相微观行为与宏观表征的方法,已经成为研究离散系统的有效工具。群体平衡模型可以描述不同操作过程离散相实体的微观行为.结合不同的多相系统的特点,对群体平衡模型的物理意义、方程形式和应用进行分析,从计算资源消耗、实现难易程度及其计算精度三方面对群体平街模型求解方法进行了比较,提出了群体平衡模型应用中存在的问题和发展方向.