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旋转床超重力下多环境传质混合特性研究

作　者: 高冬霞
导　师: 张建文
学　校: 北京化工大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 旋转填充床微观混合亚网格模型过程强化
分类号: TQ051.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

旋转填充床发展的三十年间,由于其具有停留时间短、相界面积大、传质系数高而被广泛应用。随着计算机科学与多相流理论的发展,对旋转填充床流体力学特性与传质过程的研究,数值模拟与实验研究相结合的方法成为趋势。本文基于已有的实验结果,利用CFD手段对旋转填充床的混合、传质进行数值模拟,深入讨论旋转填充床的多环境行为,以期对实际操作提供理论依据。本文根据旋转填充床流体流动与反应传质过程的固有特性,依据液膜流动的物理模型,构建三环境模型,并编制了Fortran语言模拟程序,分别对旋转填充床各层填料空间和填料丝网的流体流动、微观混合和传质过程进行数值模拟研究。数值模拟结果与实验结果吻合较好,确证了三环境模型应用描述旋转填充床微观混合、传质是可行的。本文分析讨论了不同转速下液体在旋转填充床内的流动情况,反应物浓度、产物浓度在填料空间和填料丝网上的混合及传质的微观分布与宏观分布情况；考察了不同转速、体积比、初始混合浓度对旋转填充床混合、传质的影响；根据上述模拟结果优化旋转填充床结构参数。研究结果加深了对旋转填充床内微观混合、传质过程的理解,为后续研究提供理论基础。

全文目录

学位论文数据集  3-4
摘要  4-5
ABSTRACT  5-13
第一章绪论  13-25
  1.1 旋转床内流体力学特性与传质的实验研究  13-17
    1.1.1 旋转床的流体力学特性  13-15
    1.1.2 旋转床内传质机理研究  15-17
  1.2 旋转床内微观混合实验与模拟研究  17-20
    1.2.1 旋转床内微观混合的实验研究  17-18
    1.2.2 旋转床内微观混合的模拟研究  18-20
  1.3 旋转床内数值模拟过程的反应模型研究  20-23
    1.3.1 网格尺度下的反应模型  20-21
    1.3.2 亚网格尺度下的反应模型  21-23
  1.5 本文主要研究内容  23-25
第二章超重力旋转床内液体流动的模型建立与计算方法  25-41
  2.1 物理模型假设  25-27
    2.1.1 超重力旋转床内丝网结构及液体流动形态假设  25-26
    2.1.2 液膜在填料丝网及空间内飞行速度及轨迹假设  26-27
  2.2 研究体系  27
  2.3 模拟计算过程  27-39
    2.3.1 液膜流经填料空间的计算  27-34
    2.3.2 液膜流经填料丝网的计算  34-37
    2.3.3 全过程模拟  37-39
  2.4 物理实验基本参数、条件及数值模拟计算过程初始条件  39-40
    2.4.1 物理实验基本参数、条件  39
    2.4.2 数值模拟计算的初始条件  39-40
  2.5 小结  40-41
第三章旋转床的流场及多环境混合、传质耦合基础模拟  41-55
  3.1 网格无关性检验和数值模拟结果检验  41-42
  3.2 旋转床内流场分布  42-43
    3.2.1 旋转床填料空间的流场分析  42-43
    3.2.2 旋转床填料丝网的流场分析  43
  3.3 旋转床内浓度场分布  43-53
    3.3.1 旋转床填料空间的浓度场分布  43-47
    3.3.2 旋转床填料丝网的浓度场分布  47-51
    3.3.3 旋转床浓度场沿床层的分布  51-53
  3.4 小结  53-55
第四章旋转床内多环境混合和反应的影响因素的数值模拟  55-71
  4.1 转速对旋转床内多环境混合、反应特性的影响  55-59
    4.1.1 转速对离集指数的影响  55
    4.1.2 转速对生成环境占总环境体积分率p1、p2的影响  55-56
    4.1.3 转速对反应物A、B浓度分布的影响  56-57
    4.1.4 转速对产物R、S浓度分布的影响  57-58
    4.1.5 转速对微观混合时间的影响  58-59
  4.2 体积比对旋转床内多环境混合、反应特性的影响  59-63
    4.2.1 体积比对离集指数的影响  59-60
    4.2.2 体积比对反应物A、B浓度分布的影响  60-61
    4.2.3 体积比对产物R、S浓度分布的影响  61-63
  4.3 初始混合浓度对旋转床内多环境混合、反应特性的影响  63-67
    4.3.1 初始混合浓度对离集指数的影响  63-64
    4.3.2 初始混合浓度对反应物A、B浓度分布的影响  64-65
    4.3.3 初始混合浓度对产物R、S浓度分布的影响  65-67
  4.4 对旋转床结构参数的优化  67-68
  4.5 小结  68-71
第五章结论与展望  71-73
  5.1 结论  71-72
  5.2 展望  72-73
参考文献  73-77
致谢  77-79
发表的学术论文  79-81
作者及导师简介  81-82
附表  82-83

旋转床超重力下多环境传质混合特性研究

内容摘要

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