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湍流液—液分散体系中液滴聚并过程的研究

作　者: 于水波
导　师: 赵宗昌
学　校: 大连理工大学
专　业: 化学工程
关键词: 液滴聚并分散相粘度群体平衡方程湍流分散体系 Sauter平均直径
分类号: TQ021
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

湍流稳定的液-液分散体系内,液滴的破碎和聚并过程直接影响系统两相间的传质面积以及相间传质与反应速率。研究油-水两相分散体系液滴的破碎和聚并过程,分析分散相液滴在连续相中的液滴直径与粒径分布,一直是化学工程与多相流等学科中的重要研究内容之一。本文对搅拌槽内油-水分散体系中液滴直径进行了实验与理论研究。现有的液滴直径分布模型主要以Coulaloglou与Tavlarides模型为代表,该模型同时考虑了液滴破碎和聚并对液滴尺寸的影响。然而,由于Coulaloglou与Tavlarides模型中没有考虑分散相液滴的粘度对液滴破碎频率和聚并频率的影响,因而在一些情况下,计算结果与实验结果有较大误差。按液滴对液滴间液膜剪切力大小把液滴聚并类型划分为液膜自由移动、部分移动和不移动三种。通常,在分析聚并对分散体系中液滴粒径的影响之前,首先根据系统的性质来判断液滴间液膜的类型。其中在分析接触液膜不移动的液滴聚并时,因为分散相粘度很大,所以现有模型没有考虑到分散相粘度对液滴聚并的影响。Coulaloglou与Tavlarides模型属于假设液滴间接触液膜不移动类型,它的缺点在于把液滴假定为刚性球体,忽略了液滴接触时的变形。为了弥补这一缺陷,本文在Coulaloglou与Tavlarides模型的基础之上,分析研究了分散相粘性对碰撞的两液滴变形和液滴聚并过程的影响,提出了新的改进模型。为了验证模型的准确性,本文采用群体平衡方程,首先对文献中给出的实验数据进行理论预测,在此基础上对搅拌槽内液态石蜡-水的湍流分散体系进行了进一步实验研究。借助于显微镜、数码相机和Image-Pro图像处理软件测定了20℃-60℃时,搅拌桨转速在200r/min-600r/min下,搅拌槽内湍流分散体系油滴的Sauter平均直径,并将实验结果与模型预测结果进行了比较。实验结果表明,本文所提出的修正模型能很好的预测系统内液滴的Sauter平均直径,与Coulaloglou与Tavlarides模型相比,修正模型的预测精度有显著的提高。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
引言  9-11
1 文献综述  11-28
  1.1 湍流场的特点与基本原理  11-13
    1.1.1 湍流的特征  11-12
    1.1.2 搅拌槽内湍流场的特点  12-13
  1.2 群体平衡方程的介绍  13-15
  1.3 分散体系中液滴的破碎与聚并  15-27
    1.3.1 液滴的破碎与最大稳定直径  15-20
    1.3.2 液滴的聚并与最小稳定直径  20-27
  1.4 论文的主要研究内容  27-28
2 分散体系内液滴的聚并模型  28-37
  2.1 液滴聚并模型  28-33
    2.1.1 液滴所受压力的计算  28-29
    2.1.2 液滴间液膜半径的计算  29
    2.1.3 液膜的排液  29-30
    2.1.4 液膜不可移动的可变型液滴的聚并  30-31
    2.1.5 液膜部分移动的可变型液滴的聚并  31-32
    2.1.6 液膜自由移动的可变型液滴的聚并  32
    2.1.7 液滴间液膜的破裂  32-33
  2.2 模型的改进  33-36
    2.2.1 对碰撞频率的改进  33-34
    2.2.2 对排液时间的改进  34-36
  2.3 小结  36-37
3 分散体系液滴粒径分布的理论计算  37-44
  3.1 Sauter平均直径的计算结果  37-40
  3.2 液滴粒径分布的计算结果  40-42
  3.3 小结  42-44
4 搅拌槽内湍流液滴直径测量实验  44-53
  4.1 实验目的  44
  4.2 实验设备和药品  44-45
    4.2.1 实验设备  44-45
    4.2.2 实验药品  45
  4.3 实验内容  45-48
    4.3.1 密度的测定  45-46
    4.3.2 粘度的测定  46
    4.3.3 表面张力的测定  46
    4.3.4 搅拌槽内分散体系液滴平均直径的测定  46-48
  4.4 Sauter平均直径的实验值与理论预测值的对比与讨论  48-52
  4.5 小结  52-53
结论  53-54
参考文献  54-57
附录A 附录内容名称  57-59
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  59-60
致谢  60-61

湍流液—液分散体系中液滴聚并过程的研究

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