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。     

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。     

浸没式撞击流反应器流场涡特性的数值研究

利用大涡模拟（LES）方法研究了撞击流反应器内流场涡特性,分析撞击区域流体流动特征。改变进口速度、喷嘴间距,讨论流场速度、涡量和平面涡能量分布规律,并分析了流场流型、涡演化过程和涡核形式。在反应器内靠近撞击驻点的涡尺寸小、脉动性高,随着撞击距离的增加,流体速度逐渐减小,涡影响范围变大。平均涡量和平均涡能量随进口速度的增加,先增加后减小。结合Q判据分析了反应器内涡的演化过程和流体流型。根据径向射流涡的演变过程,得到径向射流两侧涡演化的周期,在0.15~0.20 s之间。撞击区的涡结构主要为马蹄涡和肋状涡,在出口位置存在涡环。研究结果为深入分析撞击流反应器流体运动规律和优化反应器提供了理论参考。     

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。     

浸没式撞击流反应器流场涡特性的数值研究

利用大涡模拟（LES）方法研究了撞击流反应器内流场涡特性,分析撞击区域流体流动特征。改变进口速度、喷嘴间距,讨论流场速度、涡量和平面涡能量分布规律,并分析了流场流型、涡演化过程和涡核形式。在反应器内靠近撞击驻点的涡尺寸小、脉动性高,随着撞击距离的增加,流体速度逐渐减小,涡影响范围变大。平均涡量和平均涡能量随进口速度的增加,先增加后减小。结合Q判据分析了反应器内涡的演化过程和流体流型。根据径向射流涡的演变过程,得到径向射流两侧涡演化的周期,在0.15~0.20 s之间。撞击区的涡结构主要为马蹄涡和肋状涡,在出口位置存在涡环。研究结果为深入分析撞击流反应器流体运动规律和优化反应器提供了理论参考。     

撞击流反应器内流场特性研究进展

综述了国内外撞击流反应器内流场速度和脉动振荡特性的研究进展。目前,对非限制撞击流反应器内撞击流体的径向速度发展及轴向速度与撞击驻点的脉动特性都有了系统研究,对撞击驻点的振荡模式进行了划分,并得出大量适用于不同喷嘴间距的速度关联式,但对驻点振荡模式的产生机理还没有明确解释。层流状态下随着雷诺数增大,众多学者对受限撞击流反应器内流型的流动模式进行了划分,提出了出现吞噬流模式的临界参数关联式,由于结构等参数的变化当前还没有普遍适用控制流型模式变化的关联式。在浸没撞击流反应器内用非线性分析法确定撞击区并划分了流场区域,但目前尚不能揭示湍流状态下流场能量分布与速度信号等的变化规律。最后作者对撞击流反应器内部流场结构的研究前景进行了展望。     

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.     

撞击流式连续化结晶器内流场特性的数值模拟

将撞击流结晶器应用于吡唑酮晶体的连续化生产过程,考虑到此晶体形成与原料液混合效果的关联性,选用丁酮酰胺水溶液和水作为液液流体介质。利用CFD模拟得到一种撞击流连续化结晶器内的流场分布并对流场进行分析,讨论撞击流结晶器内原料流速对混合性能的影响,研究撞击流连续化结晶器轴向速度、切向速度和近壁面流速随水的进口流速的变化规律,以及结晶器内沿轴向和径向的速度分布情况,根据混合均匀度指数评判结晶器中水在不同进口速度下的混合效果。计算结果表明：在丁酮酰胺水溶液进口速度为2 m/s及其他条件不变的情况下,水的进口流速增加会导致撞击流结晶器内混合均匀度指数降低,流场中流速分布更加不均匀,并且撞击混合区流体的切向速度随之升高,因此水的进口流速适度减小有利于晶体的生长。     

撞击流气液反应器湿法脱硫的试验研究

以空气和SO2混合气体作为模拟烟气,以Ca(OH)2悬浮液作为吸收剂,在一个新型撞击流气液反应器中进行了湿法脱硫试验研究。反应器采用水平两流撞击流,喷嘴系获得专利的旋涡压力喷嘴。研究了液气流量比Vl/Vg、钙硫摩尔比rCa/rS、进口SO2浓度cS等主要参数对脱硫率的影响规律。在液气流量比Vl/Vg=0.84×10-3,撞击速度u=7m/s,进口SO2浓度cS=2 400 mg/m3条件下,脱硫效率达到了94%。     

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。     

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,...     

压力雾化喷嘴在受限空间气流中喷雾特性的实验研究

对出口直径为0.21、0.28、0.38、0.46mm的4种压力雾化喷嘴及其组合在150mm×150mm×1 000mm的矩形通道中的喷雾流场进行了实验研究,矩形通道中的空气流速为10m/s。研究了喷嘴布置和组合方式对雾化流场的影响。实验结果表明:喷雾不碰壁距离随入射角的增大而增大;顺流喷雾比无气流时液滴的平均D32减小10%,粒径范围略有扩大;逆流喷雾比无气流时液滴的平均D32增大约70μm,粒径范围扩大了3⁴倍;出口直径小的喷嘴可通过逆流布置和顺流布置的组合,获得液滴粒径分布范围更宽的气液两相流场。双喷嘴在有限空间内的雾化效果与流场中气液流量比有关。所得研究结论对天然气加湿技术的开发有一定参考价值。     

撞击流反应器用于甲醇合成反应

撞击流反应器用于气液固三相甲醇合成反应可以充分发挥其优良的传热、传质性能。在撞击流反应器内,催化剂浆料经喷嘴雾化后成微米尺度的液滴,气液相间接触面积远大于其他三相合成反应器。考察了温度、压力、气体流量、浆料循环量以及喷嘴个数对甲醇合成反应的影响,结果表明,当压力从3.8 MPa上升到5 MPa时,反应器的时空产率增长了近1倍,气体流量达22.4 L·min^-1后时空产率几乎不再变化,增加浆料循环量以及在同一循环量下采用多喷嘴对置都可以增加催化剂时空产率。同时,与固定床、搅拌釜和浆态鼓泡床甲醇合成进行了对比,结果表明,在低空速下撞击流反应器与其他反应器时空产率相当,而在高空速下要优于其他反应器。     

Assessment of fire protection performance of water mist applied in exhaust ducts for semiconductor fabrication process

Fume exhaust pipes used in semiconductor facilities underwent a series of fire tests to evaluate the performance of a water mist system. The parameters considered were the amount of water that the mist nozzles used, the air flow velocity, the fire intensity and the water mist system operating pressure. In order to make a performance comparison, tests were also performed with a standard sprinkler system. The base case served as a reference and applied a single water mist nozzle (100 bar operating pressure, 7.3 l/min water volume flux and 200 µm mean droplet size) installed in the pipe (60 cm in diameter) subjected to a 350°C air flow with an average velocity of 2 m/s. In such a case, the temperature in the hot flow dropped sharply as the water mist nozzle was activated and reached a 60°C saturation point. Under the same operating conditions, four mist nozzles were applied, and made no further contribution to reducing the fire temperature compared with the case using only a single nozzle. Similar fire protection performances to that in the base case were still retained when the exhaust flow velocity increased to 3 m/s and the inlet air temperature was increased to 500°C due to a stronger input fire scenario, respectively. Changing to a water mist system produced a better performance than a standard sprinkler. With regard to the effect of operating pressure of water mist system, a higher operating pressure can have a better performance. The results above indicate that the droplet size in a water‐related fire protection system plays a critical role. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.