撞击流-旋转填料床合成超细平台燃烧催化剂β-Cu

平台燃烧催化剂2,4-二羟基苯甲酸铜粉体的超细化是基于微观混合对沉淀反应影响原理的分析以及撞击流-旋转填料床的微观混合机理提出的。通过对撞击流-旋转填料床的微观混合时间理论计算表明,撞击流-旋转填料床的微观混合时间为0.04~5 ms,可以满足合成反应(特征时间3.8 s)对反应器的要求。利用IS-RPB反应器合成了体积平均粒径610 nm的超细2,4-二羟基苯甲酸铜,且粒度分布范围窄。     

超声对受限撞击流微观混合性能的强化

为了进一步提高受限撞击流反应器内纳米颗粒结晶性能，在反应器中引入超声场来强化反应器内入射流撞击区域上方“三角区域”流动与微观混合过程。采用Villermaux-Dushman平行竞争反应体系对超声强化的受限撞击流反应器内微观混合过程进行实验研究，使用离集指数、微观混合时间以及达姆科勒数对反应器内微观混合性能进行表征。结果表明：低频超声场通过诱导超声空化效应能有效地强化撞击流反应器内微观混合过程，低雷诺数时效果更为明显。与未施加超声相比，在超声作用下离集指数减小10.9%～23.5%，微观混合时间从0.000 16～0.000 43 s缩短至0.000 14～0.000 33 s。研究发现该反应器在所有工况下达姆科勒数均小于1，表明该化学反应由微观混合过程主导。     

撞击流反应器混合性能研究进展

按照撞击流反应器的研究发展进程,分析了撞击流反应器的混合过程。结合大量学者研究工作,回顾了反应空间、流体流动、喷嘴结构等因素对常见的开放式撞击流反应器、受限撞击流反应器、浸没循环撞击流反应器等反应器混合性能影响的研究。简述了外界激励和其他技术对撞击流反应器混合效果影响的研究进展,并总结了几类反应器的微观混合时间及关联式。同时介绍了一种新型水平三向撞击流反应器,该反应器产生的径向射流不同于两喷嘴径向射流,而为交叉状的伞状射流;通过进一步探究发现当量喷嘴间距L*=2 D~3 D时径向射流偏转角β出现峰值,而且此时的混合时间也最短。最后对撞击流反应器混合性能研究前景进行展望。     

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。     

撞击流混合器微观混合性能的研究

撞击流混合器是一种新型的微观混合器,今研究了T型直流对撞(IS)、锥形对撞(CIS)、直流旋撞(VS)和二次旋流旋撞(TVS)四种结构的撞击流混合器的微观混合性能。然后以Villermauxu/Dushman快速平行竞争反应测定混合器的离集指数Xs,并考察了流体流速、流体流速比和混合器结构对离集指数的影响。混合器混合效果用离集指数来衡量,离集指数越小混合效果越好。结果表明:其余工艺条件相同的情况下,流体流速越大,离集指数Xs愈小;两股流体流速比越小,离集指数Xs愈小;喷嘴进口管道直径越小,离集指数Xs愈小。锥形的比直线形的、旋流比直接撞击流混合效果要好,而且旋流使物料在混合器中的停留时间延长;根据实验数据模拟计算,T形撞击流微混合器的微观混合时间在1 ms数量级;用Fluent 6.2.1商业软件模拟计算了混合器内的流场分布情况,发现模拟计算结果和实验结果基本吻合。     

撞击流强化混合特性及用于制备超细粉体研究进展

撞击流以其强化微观混合的优异特性在化学反应、结晶、制备超细粉体等方面有广泛应用。本文在撞击流技术强化混合特性的基础上对近年来几种撞击流反应器制备超细粉体研究进行了综述。简述了流体流动、受限空间、喷嘴形式及结构、外部激励等因素对浸没循环撞击流反应器、受限撞击流反应器、T形撞击流反应器、微小型撞击流反应器、撞击流-旋转填料床反应器混合性能的影响。从结晶、微观混合时间等角度分析了撞击流微观混合特性对化学反应及制备超细粉体的影响。并与常规反应器及方法对比,从超细粉体的粒度大小、形貌、表面、能量、分散性、电性能及稳定性等方面进行评估。提出一种双层对置撞击流反应器用于工业上大规模制取超细粉体的中试研究,并展望了撞击流技术用于制备超细粉体的前景。     

DSMC方法在大规模气固两相撞击流中的应用

将直接模拟Monte Carlo（DSMC）方法应用于颗粒数目庞大的大规模气固两相撞击流的数值模拟研究,旨在解决基于拉格朗日法模型难以模拟含大量颗粒碰撞的多相流问题,建立了气固两相撞击流的数理模型。应用所建立模型计算分析了撞击流中的气相流动、颗粒运动、颗粒及颗粒碰撞位置分布;并对模型中考虑颗粒碰撞和不考虑颗粒碰撞时,计算获得的颗粒运动行为、停留时间以及对气相的影响等结果进行了对比分析。结果表明：经发展,DSMC方法能够有效地应用于大规模气固两相撞击流的数值研究;颗粒运动区域可分为颗粒碰撞区、颗粒射流区和颗粒发散区;颗粒碰撞主要发生在颗粒碰撞区内,使得颗粒在该区域富集,且明显缩短颗粒在撞击区的停留时间;在所研究的较小固气比条件下,颗粒的存在对气相流动的影响不显著。     

撞击流反应器内涡特性研究进展

撞击流技术具有良好的混合效果,广泛应用于能源、环保、化工等工程领域。由于撞击流反应器流场内存在大量无序的湍流涡结构,使其具有良好的混合效果。本文基于撞击流的混合原理,详细叙述了撞击流反应器内不同混合尺度下的混合过程以及涡的演变对混合的影响。结合实验和数值模拟等研究结果,阐述了不同类型撞击流反应器和撞击流反应器多相流场涡特性,归纳了撞击流反应器流场涡的特点。论述了撞击流反应器涡的产生和脱落机理。着重对圆柱射流、平板射流和撞击流流场内涡特性的本征正交分解（POD）分析进行总结,利用流场能量的角度揭示涡演化和消散规律。最后,对开发新型撞击流反应器、优化分析方法等研究前景进行展望。     

小型受限撞击流反应器内混合特征及激励强化

利用平面激光诱导荧光技术(planar laser induced fluorescence,PLIF)研究了小型受限撞击流反应器(confined impinging jets reactor,CIJR)内混合特征及激励强化,射流入口Reynolds数范围为75~150。研究结果表明,在受限撞击流反应器内,由分离流模式向自持振荡模式转变过程中,两股流体间的混合效果逐渐提升;当流动为分离流模式时,激励能有效地强化两股流体间的混合,而当流动转变为自持振荡模式时,激励对流体混合的影响较小。     

混合过程强化及其设备的研究进展

流体流动和混合是影响化学反应的重要因素,离集指数是表征流体混合程度的常用参数,平均停留时间及停留时间分布是衡量反应器内流体返混的一个量度。文中分析了反应器内流体的混合机理,介绍了两种实验测定离集指数的方法以及数学模拟法;在微观混合的基础上提出了过程与设备的强化方法,借助外界能量或改变流体流动型态和流速等方法强化流体的混合程度,总结了搅拌釜反应器、撞击流反应器、静态混合反应器、超重力旋转床反应器等设备的混合机理及其优缺点。     

加齿被动控制自由湍射流多尺度涡结构的实验研究

1 INTRODUCTION Noncircular jets were identified as an efficient tech- nique of passive control that allows significant im- provements of performance on various practical sys- tems at a relatively low cost because noncircular jets rely solely on the change in the geometry of the noz- zle. In both aerospace industry and chemical industry noncircular jets are widely applied to promote frag- mentation of the large eddy structures in the flow, enhance mixing of various fluid components, speed u…     

浸没循环撞击流反应器的压力脉动特性

The characteristics of pressure fluctuation in a submerged circulative impinging stream reactor (SCISR) were experimentally studied. The instantaneous signals of pressure fluctuation resulting from the turbulence in the SCISR were measured by sensors and recorded by a computer. The pressure signals at some special positions were sampled at different rotary speeds of propeller. After analyzing the signals with the Power Spectrum method, it was found that there was an inherent frequency in the dynamic pressure signals. The inherent frequencies of the point on the impinging plane were greater than 1000 Hz, so the pressure fluctuation was called high-frequency fluctuation. The fluctuation velocities with high inherent frequency resulted in a strong shear force field, which enabled the fluid to mix quickly on the micro-scale and the agglomerates of solid particles to disperse effectively.     

下喷自吸环流反应器内液相局部流动特性

对下喷自吸环流反应器内气－液两相流和气－液－固三相流体系的液相局部流动物性进行了深入的实验研究。采用改进皮托管法和线－线双探针电导法分别对液相瞬时速度和液含率进行了微机在线测量，并借助湍流统计理论对液相局部流动参数和局部液含率进行了统计分析和处理，着重讨论了喷射液体流量和固体粒子加入量分别对喷射有效区和导流筒内管流区液相局部流动参数和液含率的影响。     

基于阶跃射流的撞击流反应器流场动态特性分析

利用实验与数值模拟方法对动态阶跃型撞击流反应器流场特性进行研究,分析不同入口速度条件下流体流动规律、湍流特性以及能量水平。结果表明,动态阶跃型入口条件下,撞击面在两喷嘴之间周期性移动,流动参数也会发生周期性变化。随着入口平均速率的增大,驻点速度逐渐增大;随着两喷嘴入口速率差的增加,撞击面移动速度加快,撞击区流体湍流强度逐渐增加;随着入口平均速率与入口速率差的增大,XOZ平面在一个周期内的平均湍动能逐渐减小。对比动态撞击流反应器与稳态撞击流反应器内流场特性,探究动态入口条件对撞击流反应器流场特性的影响。结果表明,动态阶跃撞击流反应器湍流黏度、湍流强度和湍动能等参数均明显高于稳态撞击流反应器,撞击轴线上的湍动能梯度分布大于稳态撞击流反应器。动态入口条件下撞击流反应器流体湍动更剧烈,能量水平更高,有利于增加流场内流体扰动与促进混合。     

分级进风燃烧室内旋流反应流的湍流特性

This paper presents an experimental investigation of the turbulent reacting flow in a swirl combustor with staged air injection. The air injected into the combustor is composed of the primary swirling jet and the secondary non-swirling jet. A three dimension-laser particle dynamic analyzer （PDA） was employed to measure the instantaneous gas velocity. The probability density functions （PDF） for the instantaneous gas axial and tangential velocities at each measuring location, as well as the radial profiles of the root mean square of fluctuating gas axial and tangential velocities and the second-order moment for the fluctuating gas axial and tangential velocities are obtained. The measured results delineate the turbulence properties of the swirling reacting flow under the conditions of staged combustion.     

大型射流流化床的流型转变与射流深度

在高 8m、直径 0 .5m的大型射流流化床中 ,通过摄像分析法 ,研究了射流、喷流两种流型的转变 .结果表明在低静床高、大射流气速下易出现喷流 ;喷流出现时 ,功率谱主频射流气速曲线上出现一转折点 .转折点射流气速与摄像法得出的流型转变射流气速相同 .提出了射流、喷流流型转变关系式 .同时发现射流深度随射流气速变大而增大 ,结合二维射流床射流深度的研究结果 ,得出了射流深度的预测式     

新型循环射流混合器湍流特性分析

采用Fluent SST k-w湍流模型,分别对新型循环射流混合器受限区域内喷嘴射流自相似性和挡板长度对射流轴线衰减规律进行了数值研究. 对自由湍动圆射流在不同轴向距离下数值模拟所得无量纲速度衰减曲线与理论曲线吻合较好. 通过三维湍流流场分析对混合器内流体流动进行分区,并利用涡量分布分析混合器内的流体循环流动情况. 结果表明,在z/H=0.25时,平均涡量达最大值áw?max=11.22. 相平面角度qp<20o时,áw?为正,其余为负. 特别是qp=16o时,áw?max=27.22;qp=20o时,áw?min=-100.66. 由剪切速率分布得出较大的剪切速率分布于尾涡的位置. 最后给出了强化混合效果应考虑的因素.     

Settling velocity of droplets in turbulent flows

Two parameters of particle or droplet dynamics which are of importance in describing their behaviour in turbulent pipe flows are their settling velocity and eddy diffusivity. It is usually assumed that the settling velocity in turbulent flow is equal to that in still fluid and on the basis of this assumption the eddy diffusivity is usually determined experimentally from the distribution of droplets or particles in horizontal turbulent flow. Since the settling velocity has a strong influence on the resultant value of the eddy diffusivity, the influence of turbulence on settling velocity is investigated in this work. A simple stochastic model of settling in turbulent flow is developed and it is shown that a considerable retardation of still fluid settling velocity is possible for a wide range of conditions.     

The turbulent behavior of novel free triple-impinging jets with large jet spacing by means of particle image velocimetry☆

A novel reactor that achieves rapid liquid–liquid mixing via free triple-impinging jets(FTIJs) is developed to improve mixing efficiency at unequal flow rates for liquid–liquid reactions. The flow characteristics of FTIJs were investigated using particle image velocimetry(PIV). The instantaneous and mean velocities data at different Reynolds numbers(Re) were analyzed to provide insights into the velocity distributions in FTIJs. The effect of jet spacing on the stagnation points, instantaneous velocity, mean velocity, profiles of the x- and ycomponents of mean velocity, and turbulent kinetic energy(TKE) distributions of FTIJs were investigated at Re = 4100 with a volumetric flow rate ratio of 0.5. The characteristics of the turbulent flows are similar for all jet spacings tested. Two stagnation points are observed, which are independent of jet spacing and are not located in the center of the flow field. However, velocity and TKE distributions are strongly dependent on the jet spacing.Decreasing jet spacing increases the expansion angle and the values of TKE, leading to strong turbulence, improving momentum transfer and mixing efficiency in FTIJs. The present study shows that optimization of the operating parameters is helpful for designing FTIJs.     

CFD modeling of a headbox with injecting dilution water in a central step diffusion tube☆

For engineering applications of water dilution controlling system,the fluid dynamics of a mixed flow was studied with computational fluid dynamics(CFD) simulations and self-designed experimental set-up.In order to examine the predictability of CFD model for the headbox in industrial scale,two pulp suspensions before mixing were treated as homogeneous flows separately.Standard k-ε turbulence models with the mass diffusion in turbulent flows-species transport approach were applied in the simulations.A numerical simulation of this headbox model was analyzed with semi-implicit method for pressure linked equations scheme with pressure–velocity coupling.Results show that the model can predict hydrodynamic characteristics of headbox with injecting dilution water in a central diffusion tube,and the distribution of water content at the outlet of the slice lip is ideally normal at different speeds.