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中试规模下喷自吸环流反应器流动与传热性能研究

作　者: 刘亚娟
导　师: 张金利
学　校: 天津大学
专　业: 化学工程
关键词: 下喷环流反应器流体力学液固传热数值模拟
分类号: TQ021
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

下喷自吸环流反应器是一种高效组合型多相反应器,有着广泛的工业应用。目前该类反应器的设计放大和工业应用缺乏必要的基础数据,因此对中试规模下喷自吸环流反应器的局部流体力学性质及液固传热等特性进行了研究。试验采用皮托管法测定了气液/液固/气液固喷射环流反应器中的液相特性,获得了操作条件和物性参数对其影响的规律:液相局部平均速度和液相湍流脉动速度随着液体喷射量的增加而增大,随着液相粘度的增加而降低;环隙内的液相局部平均液速和湍流脉动速度分布比较均匀;气液两相体系中液相平均速度呈抛物线分布;液固两相体系中液相平均速度在导流筒壁面附近由于壁面效应的影响平均液速出现一个突增;气液固三相体系内液相平均速度为M型分布。试验采用了微型双探针法测定了气液/气液固下喷自吸环流反应器内的局部气相特性,其变化规律为:气含率、气泡速度均随着液体喷射量的增加而增大,随着液相粘度的增加而降低。采用PV4A颗粒浓度速度测量仪测定了喷射环流反应器内局部固含率分布,结果显示出:液固两相体系下固含率和颗粒速度均随液体喷射量的增加而增大,液固体系中固含率分布呈抛物线型。采用微型双针和电导双探针结合的方法考察了气液固三相体系中固含率分布,发现:三相体系中固含率随着液体喷射量的增加而增大,在导流筒内为M型分布。采用了电加热金属薄膜式表面测温法研究了液固传热特性。研究结果显示出:液固/气液固喷射环流反应器内的液固传热系数随着液体喷射量的增加而增大,随着液相粘度增加而降低;传热系数在径向上基本分布均匀,但在壁面附近传热系数有突增。利用Eulerian-Eulerian模型对气液/液固JLR进行模拟。研究了不同操作条件和物性参数下的流动细节,利用此模型可以获得流动结构的演变规律,这对JLR的设计和操作,反应过程的优化以及工业装置的经济效益的提高具有指导意义。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
前言  9-10
第一章文献综述  10-25
  1.1 喷射环流反应器的研究进展  10-12
  1.2 多相流测试技术进展  12-17
    1.2.1 相含率测量技术  15
    1.2.2 流速测量技术  15-17
  1.3 环流反应器传热特性研究进展  17-18
  1.4 多相流数值模拟研究  18-24
    1.4.1 Euler坐标系下湍流流体相的数值模拟方法  20-22
    1.4.2 多相流模型  22-23
    1.4.3 壁面边界模型  23-24
  1.5 论文工作的提出  24-25
第二章下喷自吸环流反应器流体力学特性研究  25-43
  2.1 验装置与流程  25-26
  2.2 液体流量测定  26
  2.3 气液两相JLR流体力学特性测定  26-29
    2.3.1 液体特征参数测量仪器及原理  26-27
    2.3.2 气泡特征参数测量仪器及原理  27-29
  2.4 液固两相JLR流体力学特性参数测定  29
    2.4.1 液相特征参数测量仪器及原理  29
    2.4.2 固相特征参数测量仪器及原理  29
  2.5 气液固三相JLR流体力学特征参数测定  29-31
    2.5.2 气相特征参数测量仪器及原理  30
    2.5.3 固相特征参数测量仪器及原理  30-31
  2.6 结果与讨论  31-42
    2.6.1 下喷环流反应器中液相局部流动特性  31-36
      2.6.1.1 液体喷射量对液相平均速度的影响  31-33
      2.6.1.2 液体喷射量对液相湍流脉动速度u' 的影响  33-36
    2.6.2 气相局部特性的研究  36-40
      2.6.2.1 喷射液流量对局部气含率径向分布的影响  36-38
      2.6.2.2 喷射液流量对气泡平均速度分布的影响  38
      2.6.2.3 液相粘度对局部气相特性的影响  38-40
    2.6.3 固相局部特性的研究  40-42
      2.6.3.1 液固两相喷射环流反应器局部固相特性研究  40
      2.6.3.2 气液固三相喷射环流反应器局部固含率分布研究  40-42
  2.7 小结  42-43
第三章下喷自吸环流反应器传热特性研究  43-49
  3.1 试验装置与流程  43-44
  3.2 传热系数测定方法  44
  3.3 结果与讨论  44-48
    3.3.1 液固两相下喷自吸环流反应器传热系数测定  44-46
      3.3.1.1 液体喷射量对液固传热系数的影响  44-45
      3.3.1.2 液体粘度对液固传热系数的影响  45-46
    3.3.2 气液固三相下喷自吸环流反应器传热系数的测定  46-48
      3.3.2.1 液体喷射量对液固传热系数的影响  46-47
      3.3.2.2 液体粘度对液固传热系数的影响  47-48
  3.4 小结  48-49
第四章下喷自吸环流反应器流体力学模拟研究  49-73
  4.1 模型理论和模拟方法  49-51
    4.1.1 数学模型  49-50
      4.1.1.1 Euler模型基本方程  49-50
    4.1.2 数值求解及边界条件  50-51
      4.1.2.1 模拟条件  50
      4.1.2.2 边界条件  50-51
      4.1.2.3 求解方法  51
  4.2 模拟结果与讨论  51-72
    4.2.1 气液两相下喷自吸环流反应器流体力学特性模拟  51-64
      4.2.1.1 液相流场及气相流场模拟结果  52-57
      4.2.1.2 液体喷射量对流场的影响  57
      4.2.1.3 液相粘度对流场的影响  57-64
    4.2.2 液固下喷环流反应器流体力学特性模拟结果与讨论  64-72
      4.2.2.1 液相流场及固相流场模拟结果  64-67
      4.2.2.2 液体喷射量对流场的影响  67
      4.2.2.3 液相粘度对流场的影响  67-72
  4.3 小结  72-73
第五章结论  73-74
参考文献  74-80
攻读硕士期间论文发表与参加科研情况  80-81
  发表论文:  80
  参加的科研项目:  80-81
致谢  81

中试规模下喷自吸环流反应器流动与传热性能研究

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