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,...     

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。     

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。     

多喷嘴对置式撞击流反应器流场的数值模拟

为探讨多股撞击流反应器内流场的特点,利用Fluent软件对两喷嘴对置式和四喷嘴对置式撞击流反应器内流场进行模拟,研究了在不同工况下这两种撞击流反应器内的流场结构,设定进口流速分别为5 m/s、10 m/s、15 m/s、20 m/s、25 m/s。模拟结果表明,进口流速由5 m/s增加到25 m/s时,反应器内流体流动的平均速度及压力波动增大为原来的4.1倍和16.2倍,其速度梯度和压力平均波幅也增大为原来的5.0倍和25.4倍。通过对两种不同结构的撞击流反应器的比较可以得到四喷嘴对置式撞击流反应器内流体流动产生的速度梯度和压力平均波幅更大,其值都约为二喷嘴对置式撞击流反应器的1.2倍,因而四喷嘴对置式撞击流反应器内剪切力场更强,脉动更强烈,更有利于反应器内的湍动混合。     

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。     

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。     

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。     

流动结构对化学反应速率的影响

介绍了具有新型流场结构的"空化撞击流"的概念及其提出的背景;阐述了"空化撞击流"的三大特性;分析了空化撞击流技术对反应动力学的促进作用;用实验的方法研究了空化撞击流流场结构对化学反应动力学的影响规律。通过实验验证了关于空化撞击流流场对化学反应速率影响的推断。实验依次在普通喷嘴撞击流反应装置、空化自激脉冲喷嘴空化撞击流反应装置、低速搅拌反应装置和高速搅拌反应装置中进行。由实验结果可见,使用空化撞击流反应器时,反应速率常数分别比使用撞击流反应器、高速搅拌反应器和低速搅拌反应器高出13.42%、27.46%和33.82%,而且空化撞击流反应器的能耗更低。因此,利用空化撞击流技术确实可以有效提高化学反应速率。     

SCISR与STR中微观混合的比较

利用α-萘酚与对氨基苯磺酸重氮盐的偶合反应对浸没循环撞击流反应器与搅拌槽反应器中微观混合性能 进行了比较研究。结果表明,在等比有效输入功率和平均停留时间相同的条件下,浸没循环撞击流反应器具有显著优于 传统搅拌槽反应器的微观混合性能。     

撞击流反应器撞击面稳定性研究进展

撞击流技术因其良好的混合特性近些年用于强化制备超细粉体反应中的混合过程。撞击面的稳定影响反应器内的混合效果,所以本文对撞击面稳定性的研究进行了综述。撞击流反应器不同结构形式包括平面撞击流、轴对称撞击流和微型撞击流等。文中简述了撞击流稳定性的实验研究手段,分析轴对称撞击流反应器的径向偏转振荡的起止条件和不同喷嘴间距下的轴向偏移振荡规律,并且分析平面撞击流反应器的撞击面偏转周期以及偏转振荡的起止条件。得出轴对称撞击流与平面撞击流撞击面驻点的振荡对混合都有促进作用,并且偏移振荡周期不定,轴对称撞击面偏移振幅与喷嘴间距和雷诺数相关。平面撞击流的偏转振荡周期与进口流速成反比,反应器结构参数是撞击流稳定性的影响因素之一。根据轴对称撞击流偏移振荡对混合的促进作用,本文提出一种新型的预设流量波形双组撞击流反应器。新型撞击流反应器的独特结构克服了物料反应通道单一缺点,通过预设波形控制其进口流量,增大其撞击面偏移振幅,消除撞击面无序振荡,使流动轨迹扩展,扩大混合区域,并设计实验装置与方法讨论动态流量撞击流反应器撞击面稳定性对混合效果的影响。最后,本文对轴对称撞击流反应器的混合性能研究前景进行展望。     

浸没对置撞击流的液相混合行为研究

利用无干扰流场测试手段——平面激光诱导荧光技术(PLIF),对浸没对置撞击流混合反应器在等动量撞击下的浓度场进行分析,并分析比较对称撞击和不对称撞击下的液相混合行为。利用混合均匀度U和均匀混合时间τ95定量描述测量平面的示踪剂浓度分布,得出其在不同内径比、不同喷嘴间距下的变化规律,并进一步分析对称撞击时,两喷嘴出口流体的不同动量比对混合的影响。研究发现:在小喷嘴间距L10D(L为喷嘴间距;D为两对置喷嘴内径和的平均值)下,等动量撞击时,对称撞击的混合效果要优于不对称撞击;对称撞击和不对称撞击的最优混合间距均为L=3D。对称撞击时,两喷嘴出口流体的动量比越接近于1,越有利于液相混合。     

三股对撞式撞击流反应器的流动特性

采用高速数码相机对喷嘴直径1 mm的开放式三股对撞式撞击流反应器内的流场特性进行研究,考察了入口雷诺数Reinj、对置两管喷嘴间距d1、垂直管喷嘴到对置两管的垂直距离d2对流场特性的影响. 结果表明,在物料流量比为2时,Reinj对流体结构的影响较显著. 随Reinj增加,流体结构由链状向类似伞状变化,最终破碎成液滴,无规则向四周分散,雾化程度显著增加,撞击面边缘剧烈扰动,提供了较好的混合效果. 较小的d1使撞击区域接近对置两管喷嘴处,可能导致喷嘴堵塞而影响混合效果. 增大d2及Reinj=1699时,重力影响使流体结构由链状轻微向面积较小的伞状结构变化. 采用碘化物-碘酸盐平行竞争反应体系,物料流量比为8时,与传统撞击流反应器相比,三股对撞式撞击流反应器的离集指数约为其1/2,显示出优越的微观混合性能.     

撞击流反应器流场数值模拟及其混合性能优化

利用数值模拟方法分析多喷嘴对称撞击流反应器内部流场以优化反应器结构。研究不同喷嘴数和进料条件对撞击流反应器内速度场、湍流特性及混合效果的影响。结果表明,不同喷嘴数撞击流反应器内流速分布为双峰型,等流速工况下速度梯度随喷嘴数增加而减小,高剪切力分布范围随喷嘴数增加先增大后减小。通过分析湍流尺度分布发现小尺度涡旋主要集中在撞击区,而大尺度涡旋主要集中在发展区,且四喷嘴撞击流反应器平均剪切应力及涡旋尺寸梯度最大,四喷嘴结构更有利于增强流体湍动强度并强化混合。撞击流反应器内平均湍动能随喷嘴数增加先增大后减小,其中四喷嘴撞击流反应器内平均湍动能最大。当撞击流反应器为四喷嘴结构时,其混合效果最好,完全混合时间最短为22 s。在本研究工况内四喷嘴结构为撞击流反应器混合的最优结构。     

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...     

异形喷嘴撞击流混合器涡特性及混合性能数值模拟

为了研究撞击流混合器不同形状喷嘴的流场涡特性及混合效果，利用数值模拟方法对不同工况下的流场进行分析，得到不同喷嘴撞击流混合器的速度场、涡量场、涡结构以及浓度变异系数的变化规律，揭示不同形状喷嘴对撞击流混合器混合效果的影响。结果表明：喷嘴出口截面为圆形、等边三角形和正方形的撞击流混合器轴向速度为“V”形分布；喷嘴截面为圆形和正方形的撞击流混合器径向速度为“M”形分布。等边三角形截面喷嘴的撞击流混合器产生的流向涡数量多、强度大并且产生的涡旋结构的连续性更高，分布范围更广。相同工况下等边三角形截面喷嘴的撞击流混合器混合效果明显优于圆形喷嘴和正方形喷嘴混合器，最快达到混合均匀。     

G-LISR不同气相入口流速对流场特性的影响

为了提高气液撞击流反应器(G-LISR)的混合性能,找到合适气相入口速度的操作参数,采用ANSYS Workbench中的Geometry模块,基于欧拉·拉格朗日法建立G-LISR气液两相流动数学模型。在加速管对置距离为400mm,液相入口速度为5m/s,三种不同的气相入口速度(10,15,20m/s)条件下,用数值模拟软件Fluent分析模拟出了不同气相入口流速下反应器内流场的分布特征。模拟结果表明:随着气相入口初始流速的增大,反应器内湍流强度有所增加,在压力波动最为剧烈的撞击面中心点处,压力急剧增大。增大气相初始流速,将降低反应器中的液滴的浓度分布,减少了液相在反应器中的停留时间。从能量损耗和气液两相在反应器中的混合效果来看,气相初始流速不宜过大,10m/s为较佳。     

基于BP神经网络的颜料分散性能预测研究

基于正交试验,对塑料制品色差的影响因素进行分析探讨,并应用反向传播（BP）神经网络的数据预测功能,构建颜料分散性能的预测模型。结果表明,塑料制品色差影响因素主次顺序为：转子转速>混合时间>混合温度;提高转子转速,有利于颜料粒子在塑料基体中的分散和分布过程,制品着色品质得以提升;构建的BP神经网络模型预测相对误差不超过10 %,能够较好地预测塑料着色工艺中颜料的分散性能。     

三种反应器微观混合性能的对比

介绍了撞击流、旋转填料床和撞击流-旋转填料床三种反应器的原理;采用化学偶合法,对三种反应器的微观混合性能进行了实验测定与研究,结果表明,撞击流-旋转填料床反应器的微观混合性优于其它两种反应器。     

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。     

基于不同神经网络模型的橡胶减振器性能预测的应用研究

利用BP和GRNN神经网络建立胶料性能和减振器性能之间的预测模型,并对预测结果的误差进行对比分析。结果表明,利用BP神经网络建立的预测模型预测平均相对误差在16%以内,利用GRNN神经网络建立的预测模型预测平均相对误差在5%以内,说明使用GRNN神经网络进行减振器性能预测精度更高、效果更好。