错流旋转碟片超重力场中液滴直径的研究

错流碟片旋转超重力场反应器能够有效强化多相间化学反应,在超重力场中流体流动形式复杂,且液体的分布形态严重影响气液接触。通过条件简化采用因次分析方法建立了错流碟片旋转超重力场中液滴直径变化的数学模型,用三维激光多普勒衍射仪测试液滴的体积-表面积平均直径d32和变化规律。由模型分析和实验测试得出,随碟片转速增加液滴直径减小;随输入液体流量增大液滴直径增大;随入口气体流量增加,碟片空间和壳体空间液滴直径都变小。增加碟片间距液滴直径减小,有利于液体的雾化,减少液滴聚并。壳体空间液滴直径大于碟片空间的液滴直径,有不连续液丝和破碎液膜产生。模型计算和实验测试变化趋势基本一致。     

转鼓反应器中油酸氧化裂解制备壬二酸的研究

在转鼓反应器中实现了油酸臭氧氧化裂解制备壬二酸的连续化操作。考察了转鼓转速、液体流量、气体流量对转鼓反应器内气液传质反应速率的影响。在双膜理论的基础上,利用恩田公式来计算气相传质系数、液相传质系数,建立了转鼓反应器中两步反应速率模型,并将模型预测值与实验值进行了比较。实验结果表明:在转鼓反应器中,油酸氧化裂解反应速率分别随转鼓转速和液体流量的增大,先增大后趋于平缓;随着气体通量的增加,转鼓反应器内油酸氧化裂解反应速率先增大然后减小;在转鼓转速为1 699 r/min、液体流量为45 mL/min、气体流量为3 L/min时,在转鼓内油酸氧化裂解可获得最大的气液传质反应速率。模型预测值与实验值比较,两者吻合得较好,验证了模型的可靠性。     

旋转盘反应器流场特性的PIV测试和CFD模拟

通过PIV实验和CFD数值模拟研究了旋转盘表面的流动特性和变化规律。基于VOF多相流模型和Realizablek-ε湍流模型,CFD模拟结果与实验结果形成对比,考察了不同转速和流量条件下旋转盘表面的液膜厚度分布、停留时间和分布情况。结果表明:盘的中心区域受流速控制,流动方向更接近径向流动,边缘区域受转速控制,流动方向更接近圆周流动。液膜厚度随径向半径的增大先增大后减小,转速的增加导致边缘区膜厚减小。流速的增加导致中心区域的膜厚度减小和边缘区域的膜厚度增加。平均停留时间随转速和流速的增加而降低。停留时间分布表明,在实验条件下,液体流动更接近活塞流动。     

气体通过堆叠筛板填料的压降特性研究

单一气相通过堆叠筛板填料的压降是研究气液两相并流通过筛板填料压降的基础。文章对气体通过不同规格堆叠筛板填料的压降进行了系统的测试,并利用Realizable k-ε模型进行了数值模拟,揭示了气相流量、筛板开孔率、相对板厚、填料板间距等因素对气体压降的影响。结果表明:气相流量与筛板开孔率是压降的2个主要影响因素,压降随气量的增大而增大,随开孔率的增大而减小;受锐缘效应影响,随着相对板厚的增加,阻力系数逐渐减小;流体通过筛板后会冲击下层筛板,使得压降阻力系数随填料板间距的减小而增大。在此基础上,综合实验与模拟结果获得了气体通过堆叠筛板填料的阻力系数预测公式。     

折流式旋转床气液比表面积的实验研究及CFD模拟

气液比表面积对折流式旋转床(RZB)的传质起到关键的作用。本文采用NaOH溶液化学吸收混合气体中CO_2的方法对折流式旋转床的气液比表面积进行了研究,通过计算流体力学(CFD)技术来模拟转子内液体的流动行为。分析转子转速、气体流量和液体流量对气液比表面积的影响。结果表明:折流式旋转床的比表面积在100~350m~2/m~3范围内,折流式旋转床的气液比表面积随液量的增大而增大,随气量的增大明显增大,随转速的增加先缓慢增大后迅速增大。CFD模拟表明,随液量的增加,动静圈之间的液滴数量明显增多,并且静圈上更多的表面被液膜覆盖;随气量的增大,更多的液体被碎成细小的液体,液滴的数量成倍增加;随转速的增大,动圈施加给液体的剪切力和离心力增大,液体被更好地分散,并且离开动圈的液滴尺寸变得更小。RZB与其他类型填充旋转床(RPB)的气液比表面积进行对比,发现RZB的比表面积低于分段进液式RPB、常规不锈钢金属网RPB、镍泡沫填料RPB、新型多个叶片转子RPB,接近于板式填料和挡板PRB。     

圆环挡板振荡流连续反应器的结构优化

采用计算流体动力学方法对制备生物柴油的圆环挡板振荡流反应器的液-液两相流进行了数值模拟研究。选取欧拉-欧拉模型描述液 液两相流动,进一步耦合群体平衡模型将液滴的聚并和破裂考虑在内,对湍流模型则采用标准k-ε模型进行描述。在此基础上,对反应器的挡板开孔率和挡板间距等重要结构参数进行了优化。模拟结果表明,在振荡频率为4 Hz、振幅为16~36 mm条件下,通过混合效果、能量耗散和液滴直径分布等情况综合考虑,最适宜挡板开孔率范围为25%~30%,最适宜挡板间距为1.5D。     

曝气膜生物反应器的CFD模拟

利用Fluent软件对曝气膜生物反应器中气液两相流动进行模拟计算,探讨了进气气泡的直径、进气速度及膜纤维束的长度等因素对膜生物反应器内液体流动、气体分布的影响.结果表明,减小气泡的直径并适当增大进气速度、膜纤维束长度可以有效提高膜生物反应器内气体的分布和液体与气体的接触,从而促进气液两相进行高效的传质.     

水平蒸发管管间相邻液柱分离间距测量

采用可视化方法对水、乙二醇、水/乙二醇混合物在8种液体分布装置开孔规格下的管间相邻液柱分离间距进行了实验测量,得到了分离间距随流量、管间距、管外表面结构和开孔规格的变化规律。随着Reynolds数增加,分离间距呈减小趋势;随着管间距增大,分离间距先增大后趋于稳定值。管外表面结构和工质热物性共同影响分离间距。在开孔孔径一定的条件下,开孔间距逐步增大,分离间距随之增大;在孔间距一定的条件下,开孔孔径逐步增大,分离间距随之减小。     

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。     

生物转盘表面液膜流动特性数值模拟

采用计算流体动力学(CFD)方法,运用流体体积(VOF)模型研究生物转盘表面液膜流动特性,分析了传统实心转盘和新型开窗转盘表面液膜的成膜特性、厚度和速率等,并考察了不同转盘厚度对成膜和液膜厚度的影响。结果表明:实心转盘的液膜自上而下平缓过渡,而开窗转盘中,开窗区域附近出现液膜位置的急剧变化,并在槽内液体下方发现很多不规则的气泡;转盘在上升区的液膜厚度随角度的增加快速减小,而下降区的液膜厚度基本不变,趋于稳定;转盘开窗形成的自由膜速率大,更新频率快;在研究范围内,不同厚度转盘形成的液膜随转盘厚度增加,开窗区域的自由膜厚度增加。