吕伟坚[1]2003年在《振荡流反应器注入分散特性的在线实验研究》文中指出本文在已建立的振荡流混合反应器装置下对注入分散过程进行了研究。实验采用以蓝色有机染料为示踪剂的流动显形技术，由摄像头实时摄取注入分散过程的动态图像，计算机同步分析视频流数据，从而以在线监测的方式获得流场图像的灰度相对方差随时间衰减的曲线。以此方差近似表征了示踪剂浓度场的非均匀度，其衰减规律可用于定量描述振荡流场的注入分散特性。 实验分无净流量和有一定净流量两种情形，探讨了振荡雷诺数Re_o、斯特劳准数St对振荡流场中的注入分散特性的作用以及净流雷诺Re_n的影响情况。 通过观察实验现象以及分析实验数据，发现振荡特性参数Re_o和St对注入分散特性有很强的联系。用参数t_w、R_(15)表征的混合效率表明：总的来说大振幅、高频率有利于混合，但在St较大的低频率区中衰减速度会有周期波动的特性，存在最佳的频率振幅配对。引入净流量后实验结果发生了很复杂的变化，但总体变化趋势仍与无净流实验一致，当振荡强度加大后，即随振幅、频率的提高，流场注入分散特性与Re_n的联系逐渐减弱。 实验研究表明：振荡流混合反应器能够实现高效的注入分散过程，而且可以精确控制混合的强度，完全可以满足絮凝等反应过程对注入区浓度场的特殊要求。
袁灿盛[2]2008年在《圆环挡板振荡流反应器浓度场的数值模拟》文中研究说明振荡流反应器的数值模拟,还停留在对反应器速度场的模拟研究阶段。研究应用计算流体力学技术对振荡流反应器的浓度场进行数值模拟研究,为模拟化学反应打下一个坚实的基础。同时,浓度场的模拟对于注入分散特性的研究,对于振荡流反应器的流动模型的研究都具有重大的意义,它为完成这方面的工作提供了另一种方法。本文借助商业计算流体力学软件Gambit和CFX,对五腔室圆环挡板振荡流反应器进行几何建模,考虑了反应器的进、出料管与注入分散管等复杂的几何结构;采用了混合结构化与非结构化网格对反应器的结构进行了数值离散,在物理边界处加密网格,建立了包含568,699个网格的计算模型,计算的准确性与速度兼顾。鉴于实验过程中流动的复杂性,采用均相自由表面流模型建立流动的传递方程,采用网格变形模拟振荡边界条件,对湍流过程用κ-ε方程来进行模拟。数值计算阶段对时间导数项的离散采用二阶向后欧拉差分,对流项用High Resolution格式。以前针对浓度场的研究,大多是用浓度计测出一系列点处的浓度值。这种方法受浓度计灵敏度限制比较大,测量的方法会对原来的速度场会产生干扰性影响。因为无需浓度计测量,数值模拟方法不但不会对速度场产生干扰,而且还能给出示踪剂随的质量传递和速度场之间的关系,有助于从机理上分析示踪剂的运动规律。对振幅为2.7mm,振荡频率为1.67Hz,无净流条件下,示踪剂浓度的演化情况的模拟表明:振荡流反应器中主体流动与漩涡构成的二次流动对腔室中心区域的交替控制促成了强烈的径向混合,使注入管心区的示踪剂在一至二个振荡周期中迅速分散到整个管截面范围。二次流漩涡相对封闭的流场结构也影响了其内部流体与主流区流体间的质量传递,因此示踪剂在轴截面上的均匀分布需要10个以上的振荡周期。研究把模拟得出的浓度场用于分析注入分散过程振荡流反应器的混合效率。定义一个腔室中的浓度方差C作为判断混合效率的依据,结果表明,C值的变化分成两个阶段:第一阶段,C值随时间快速下降,注入的示踪剂从注入口传递到整个腔室;第二阶段,C值随时间缓慢变化,腔室内的示踪剂分布逐渐均匀,并与周围腔室进行传递,C值是腔室内混合和腔室间混合共同作用的结果。研究模拟了不同振荡条件下的浓度场,并分析振荡条件对振荡流反应器混合效率的影响,结果表明,基于长程对流混合和短程湍流扩散双模式传递模式的二项指数衰减曲线方程能够较好地描述示踪剂浓度分布方差值随时间的变化(C～t关系)。用参数表征的混合效率说明振荡雷诺数越大,混合效率越高,但所需要的振荡装置的负荷和能耗也越大,实际选取振荡装置时应综合考虑这些问题。研究模拟了不同净流条件下圆环挡板振荡流反应器的浓度场,结果表明,较小净流下速度场与间歇过程基本一致,只是漩涡中心位置有所不同;大净流则改变速度场,示踪剂在主流带动下向出口很快传递。
林子昕[3]2006年在《圆环型挡板振荡流反应器流动模型的研究》文中研究指明管式振荡流反应器(OFR)是一种新型高效反应器，反应器内沿流动方向等距设置的挡板与流体的正弦振荡流动之间的相互作用使其流场具有特殊的形态，大大强化了反应器内的传递过程，并可通过调节振荡参数获得不同的流动和混合特性，具有广泛的应用性。多年来国外的研究忽略OFR的流场特性，无论何种振荡强度统一使用简单的多釜串联模型(SMT)及轴向扩散模型(AD)进行描述。以往的研究表明OFR流场结构和混合特性十分复杂，在不同的振荡强度下呈现出不同的特点，简单模型并不能合理描述大范围振荡强度下的流场特性，并根据粒子成像流场可视化(PIV)实验针对中高强度分别建立带有二次流区的分区腔室和室内及室间返混的多釜串联模型(SMTDCSIIB)及带有二次流区的全混腔室和室间返混的多釜串联模型(SMTSIB)进行表征。本论文使用碱性条件下乙酸乙酯水解的二级反应作为模板化学反应，通过实验测定反应物在OFR中的反应程度，与各个模型的预测值相对比，以检验模型的预测能力。并在低、中、高叁种不同振荡强度下从RTD曲线的相符程度与乙酸乙醋水解二级反应的预测能力两方面考查SMT、AD、SMTB、SMTDCSIIB、SMTSIB等模型的适用性。研究结果表明，新模型SMTDSCIIB及SMTSIB具有可靠的预测结果，无论从物理意义或数学意义上都可表征OFR的流场特征。SMT适用于描述低振荡强度下OFR的流动特性，描述中、高强度下的振荡流场则有较大偏差；SMTDCSIIB在中等振荡强度下优于其它模型，也可用于高振荡强度下OFR流场的描述；SMTSIB适用于表征高振荡强度下OFR的流场特征，且较SMTDSCIIB模型而言更为简单。SMTB也可用于描述高振荡强度下OFR的流动特性，但物理意义有所欠缺且模拟结果较为粗糙。至于AD模型，在本论文的考查范围内不适用于描述任何振荡强度下OFR的流场特征。
蔡友强[4]2012年在《振荡流结晶反应器制备球形氢氧化镍的研究》文中研究指明振荡流反应器(Oscillatory Flow Reactor, OFR)是一种新型化工过程设备,在强化传递性能方面有独特的优势。其混合、传热和传质性能优异,工艺过程简单易控,因此成为了目前新型反应设备的研究热点。目前,振荡流反应器在聚合反应、悬浮粒子分离、絮凝过滤、溶液结晶等领域都有工业应用。结晶是化工过程的一个重要操作单元,是化工产品生产中的一个重要环节,它不仅用于某些化工产品的生产,还在产品的分离、提纯、净化等方面有着广泛的应用。而目前振荡流反应器在结晶方面的应用仅局限于溶液结晶体系,在反应结晶方面的应用尚未见报道。因此本文以球形氢氧化镍的反应结晶生产过程为实例,探索振荡流反应器在反应结晶工艺中的应用。本文使用控制结晶法并以氨作为配合剂制备球形氢氧化镍。从反应结晶过程分析出发,在改造的四口烧瓶中具体研究了以下操作工艺参数对最终产品的振实密度、松装密度和颗粒平均粒径的影响及变化趋势：反应时间、反应体系pH、氨浓度、搅拌强度、反应温度。实验结果表明,反应时间的延长(0-20h)、反应体系pH的降低(10.6-11.4)、氨浓度的提高(0.2-0.8mol/L)、搅拌强度的加大(200-800rpm)、反应温度的提高(45～60℃),能够提升球镍产品的质量。实际反应时操作工艺参数的设定需综合考虑能耗、操作环境、设备损耗和料液损失等其它因素。实验最初尝试使用原有锥环挡板振荡流反应器直接应用于球镍生产。研究发现,物料在加入腔室内难以快速分散,且由于单个腔室的体积较小造成局部过饱和度过高,因此不易获得球形的氢氧化镍。为此,需要设置独立分散区以解决上述问题。基于控制结晶法的工艺参数研究及原有振荡流反应器的实验,本研究设计并搭建了振荡流结晶反应器小试装置。该反应器顶部集成了一段搅拌管作为独立分散区。实验结果表明,振荡流结晶反应器生产所得的球镍产品质量相比原振荡流反应器有大幅的提升。同时,在振荡流结晶反应器中研究了以下操作工艺参数对最终产品的振实密度、松装密度和颗粒平均粒径的影响及变化趋势：振荡频率、平均停留时间、反应液初始浓度、反应体系pH及氨浓度。实验结果表明,振荡频率的提高(0～3Hz)及平均停留时间的延长(0～10小时)能够提升球镍的产品质量；对于此反应器,存在最佳反应液初始浓度；反应体系pH及氨浓度对产品质量的变化趋势与工艺参数研究结果相似,但由于搅拌的分散效果不足,球镍的产品质量不及四口烧瓶中获得的产品质量,这也是未来振荡流结晶反应器需要改进的方向。
李伟[5]2010年在《锥环挡板振荡流反应器的CFD研究》文中指出振荡流反应器是一种强化传递性能的新型化工过程设备,在连续操作状态下具有优良的停留时间分布特性,在化学反应、絮凝、结晶等化工生产过程中具有广阔的应用前景。锥环挡板OFR有效地解决了反应器中固体粒子滞留问题,对液固体系有独特的应用价值。目前关于锥环挡板OFR的速度场结构已有初步的CFD研究,但是研究还停留在定性分析阶段,尚未涉及浓度场及化学反应过程的研究。本文以实验用圆环挡板OFR为参照,构建同等尺寸的锥环挡板OFR几何结构,采用计算流体力学方法进行建模、网格划分、数值求解和结果分析。反应器为14腔室结构,采用结构化网格和非结构化网格对计算域进行离散,网格总数为957083。求取时均化雷诺应力方程,引进标准κ-ε双方程模型模拟流动过程,在控制方程的离散方法中,瞬态项采用二阶向后欧拉差分格式,对流项采用highresolution格式。对振荡边界条件采用网格变形处理。化学反应模型采用有限速率化学模型。模拟得到了锥环挡板OFR用于间歇振荡过程和连续流动振荡过程的流场特点、混合形式及浓度场混合效率,对连续状态下的乙酸乙酯碱性水解反应过程的特点进行了分析,并对比了计算结果与圆环挡板OFR实验结果。对于间歇振荡过程,流场最明显的特征是漩涡结构以及由此造成的轴向返混和径向混合。主流区在上下半腔室的位置恰好相反,沿流体总体流向方向,轴心区为主流区,而另一半腔室的管壁区为主流区,这是漩涡结构的存在造成的。漩涡边缘流体的周向流动造成了返混,返混量的大小与振幅和频率有关,振幅和频率较小时,返混量较小;振幅和频率较大时,返混量较大,并基本随二者呈线性递增。振幅和频率增加时,流场逐渐转为非对称结构,偏流现象严重,到一定程度时,流场基本形态不再发生改变。对浓度场的研究发现,下半腔室的浓度平均值明显要高于上半腔室,组分的轴向传递过程主要是在上下半腔室界面区域进行,并由轴心区传递至另一半腔室的管壁区。对于连续流动振荡过程,净流量的大小对流场结构影响较大。对于较大净流量的情况,振荡强度较小时净流量对振荡流场的影响占主导,振荡条件对流场的影响有限。随着振荡强度增大,流场的湍动程度增加,漩涡结构明显,漩涡强度增强。浓度场的研究结果表明,在较小净流量下组分的传递主要受振荡流场速度场结构的作用,在较大净流量下,组分的传递更多的受净流的影响,在轴向传递较快而在径向较弱。计算得到的乙酸乙酯水解反应宏观反应结果与实验结果较为接近,在不同振荡条件下两者的趋势基本上一致,即:振幅较小时,随着振荡雷诺数的增加,反应的总体转化率在增加。可以解释为:在较小的振幅下,轴向返混量小,影响较小,振荡强度对最终混合起着关键作用。振幅较大时,模拟结果与实验结果相差较多,但趋势一致,即振荡雷诺数增加,反应效果变差。在较大的振幅下,振荡强度增加,使得流场混合效率变强,但是流场的结构变得极为复杂,轴向返混程度也大为增加,因此降低了有效反应的程度,总体上使得反应程度下降。
黄建珍[6]2014年在《填充床振荡流反应器中氨曲南主环合成过程》文中研究指明氨曲南(Aztreonam)是一种β-单环内酰胺抗生素,通常以L-苏氨酸为起始反应物CA,经过酯化反应、氨解反应、氨基保护反应、羟基甲磺酰化反应、磺化反应、环合反应、脱氨基保护基反应、氨曲南主环与头孢他啶侧链活性酯经酰胺化及脱叔丁基后得到。脱氨基保护基反应是氢解苄氧羰基保护氨曲南主环过程,该过程是氨曲南合成工艺中主要成本所在,目前主要采用粉末钯碳催化剂在间歇搅拌釜反应器中生产。为提高生产效率,保证产品质量的稳定性,降低生产成本,拟对该过程设计出优化的连续化操作的工业生产工艺。本文以此为目标,研究了颗粒负载型Pd/C催化剂的动力学特性,并根据该气液固叁相反应的特点采用填充床振荡流反应器进行脱氨基保护基反应,以增强相间传递速率及催化剂表面更新速率,同时实现平推流式的连续化反应过程。主要工作如下：在连续化工艺的设计和优化过程中,选择或设计合适的反应器型式是关键,但这首先要求对反应的特性有足够的了解。本文在自制的外循环无梯度式反应器中考察了不同反应温度和氢气压力下反应物浓度随时间的变化规律,同时考虑了氢气在反应溶液中溶解度的影响,发现反应温度及氢压的增加使反应速率加快,并建立了反应动力学模型,该反应对苄氧羰基保护氨曲南主环反应物CA为1级,氢气为0.28级,反应活化能为39.062kJ/mol。经校验,动力学方程预测结果与实际结果平均相对误差为6.4%,该误差能满足工程设计要求。该反应过程的催化剂为贵金属钯,其使用寿命决定该过程的生产成本。实验考察了本反应催化剂的稳定,发现经过持续96h反应后,催化剂活性没有明显下降,表明该催化剂具有很好的稳定性。本反应过程为气液固叁相反应,因而采用新型的填充床振荡流反应器(Packed-bed Oscillatory Flow Reactor, POFR)作为连续化反应设备。在自制的填充床振荡流反应器中考察了不同振荡频率和振幅时反应器内流体的流动模式,以水为流动相,在线检测了不同振荡条件下的停留时间分布(RTD)曲线,并以轴向返混模型描述填充式振荡流反应器流动特性,整合了模型参数,得到振幅、频率对模型参数的影响,同时与无振荡时的填充床反应器的流动特性进行了比较。结果表明不同振幅下Peclet(Pe)数随频率变化规律不同。振幅较低时,Pe数随着频率的增加而增加；振幅较高时,Pe数随着频率的增加而降低。与无振荡时相比,施加振荡时Pe数均增加。引入无量纲参数λ(λ=振幅x/催化剂粒径d),拟合得到不同λ下轴向混合弥散系数Ez与频率的关系式。进一步在填充床反应器中进行反应实验,以考察振荡对本反应传递的影响。比较无振荡时反应结果,对反应器施加适当的振荡,反应转化率增加。同时引入传质增强因子E,定量描述了振荡对反应的影响。最终实现填充床振荡流反应器中苄氧羰基保护氨曲南主环连续化氢解反应过程。
刘细本[7]2006年在《振荡流反应器用于连续絮凝过程的研究》文中指出本文回顾了混凝技术的历史和发展现状,分析比较了目前不同絮凝设备的优劣,并对这些絮凝设备的絮凝控制指标进行了分析。分析表明,目前广泛使用的絮凝设备存在着絮凝池结构复杂、内部流场复杂,占地面积大、絮凝反应效率低、反应效果不稳定以及絮凝操作控制的不便等弊病。而基于各种絮凝动力学得到的絮凝控制指标则适用范围和可靠性有限。 振荡流反应器是一种新型化工设备。其内部的挡板加上底部的振荡发生机构的特殊构造在加强质量的传递和能量的传递方面有明显改善作用,在一定振荡条件下,管内流动模式接近平推流。 本文采用无机絮凝剂FeCl_3(1#)以及FeCl_3与高分子絮凝剂聚丙烯酰胺的混合溶液(2#)作为絮凝剂,以嵊县硅藻土原土处理后得到的悬浮液为待处理悬浮液,考察在振荡流反应器中进行连续絮凝的效果。通过测量不同振荡条件下两种絮凝剂得到的絮凝体的沉降曲线以及絮凝体的颗粒粒径分布,考察振荡条件对絮凝效果的影响。试验结果表明,振荡流反应器用于连续的絮凝过程能够得到很好的絮凝效果:在1#絮凝剂作用下,原始悬浮颗粒得到了100倍以上的增长,在2#絮凝剂作用下,原始悬浮颗粒得到了1000倍以上的增长。同时,絮凝的效果受振荡条件影响明显,絮凝的效果随振幅的增加或振荡频率的增加都有明显改善,1#絮凝剂作用时,在St=0.796,Reo=3102时达到最佳絮凝效果;2#絮凝剂作用时,在St=0.796,Reo=5170达到最佳絮凝效果。但絮凝体的体均粒径随综合指标振荡雷诺数的增加出现反复的现象,表明简单的以振荡雷诺数作为絮凝的控制指标并不稳妥。 结合前人所做的振荡流反应器内的流场可视化研究发现,振荡流反应器的絮凝效果是随着反应器内的涡旋所占整个反应器区域的体积百分比的增加而得到改善的,在漩涡的初始产生中,振幅的提高是主要的因素,而在振幅达到一定值时,漩涡的扩散和分布情况则主要是由振荡频率决定的。因此,在振荡流用于连续絮凝过程中,可采用两个无因次量振荡雷诺数和斯特劳数作为絮凝过程的控制指标,而反应器内的絮凝动力可用有效功耗的利用率η与G值的综合指标ηG来表征,停留时间分布可采用多釜串联带级间返混模型模拟。 此外,在使用1#絮凝剂进行絮凝反应时,观察到生成的絮凝体在高振荡雷
王旭[8]2006年在《涡旋波膜生物反应器的剪应力分布及传质强化》文中认为涡旋波膜生物反应器是将涡旋波流动与膜生物反应器技术相结合,利用涡旋波流动在雷诺数较小的层流状态下良好的局部混合特性,产生强制对流,加快动量交换速率,达到增强传质的目的。而且其剪切应力和能量消耗与传统的依靠湍流来强化气液传质相比要小得多,提高了微生物细胞在膜生物反应器中的存活率,解决了传统膜生物反应器堵塞和浓差极化等问题,有很重要的研究价值。 本文通过实验的方法对涡旋波膜生物反应器进行传质性能测试,并利用数值模拟的手段对反应器内的剪应力分布等参数进行了计算,主要内容如下: 建立涡旋波膜生物反应器实验装置,本反应器为间歇式反应器。对不同槽道结构进行冷模传质实验,并用反应器对人工合成废水进行生化处理,对生化反应过程中的传质性能进行测试,不同时刻出水处理效果通过测试化学需氧量(COD)值来衡量。通过对实验结果的分析,可以得出:①涡旋波流动可以显着增强气液传质效果,相对于稳定流动而言体积传质系数k_La平均增幅为26.67%;②减小折流间距L可以进一步强化传质效果,折流间距越小,k_La值越大,强化效果越显着,L与k_La平均增幅符合对数形式增长关系:k_La(%)=-14.537Ln(L)+79.846;③不同槽道结构中Re数对k_La都具有显着性影响。在此基础上对涡旋波在层流流动下强化传质的机理进行了分析。 通过对涡旋波膜生物反应器中的两相流流场进行数值模拟,系统地研究了反应器内的剪应力的分布规律:①壁面、涡心、旋涡生成处及非旋涡生成区的剪切应变依次降低;②随着Re数的增大,扩张区内剪应力的平均值呈线性增加趋势。 本文定量的分析了涡旋波流动在低雷诺数下气液传质特性,为今后进一步研究涡旋波膜生物反应器及其工业化应用提供了一定的实验基础。
曹丽芳[9]2006年在《光纤式应力分布测量系统的研究》文中认为管道运输作为一种安全、经济的运输方式已经在世界各地得到了广泛的应用。随着管道运输业的不断发展,管道泄露检测技术在管道安全生产中占有重要的地位。由于管道铺设有情况复杂、距离长、分布广等特点,给泄漏的实时监测和泄漏点定位带来了很大的困难。光纤具有抗电磁干扰、防燃、防爆、尺寸小等特点,并可以实现分布式测量,在输油气管道泄露检测领域有广泛的应用前景。论文在分析了输油气管道泄露检测的国内外研究状况的基础上,通过对多种可行的检测方法的分析、比较,立足于制造工艺、系统精度和国内外现有元器件,选择了基于马赫-泽德干涉仪的光纤式应力分布测量系统。从传感原理出发,给出了两光束产生干涉的条件,阐述了实现干涉的基本方法以及几种常用的干涉仪。讨论了影响马赫-泽德干涉仪的相位变化与光纤应力变化之间的关系。设计了光纤式应力分布测量系统的总体结构,根据其工作原理,给出了事件发生点定位计算公式。对传感系统的各个部分进行了讨论,并设计了性能优越的激光器驱动电路,为提高光纤式应力分布测量系统的性能提供了保障。设计了压电陶瓷对马赫-泽德干涉仪的参考臂进行相位调制,实现了信号臂和参考臂中的光信号保持正交状态;设计了差分放大、积分和带通滤波电路;进行了系统的实验,并对系统的噪声进行分析,提出了改进措施。
参考文献：
[1]. 振荡流反应器注入分散特性的在线实验研究[D]. 吕伟坚. 浙江大学. 2003
[2]. 圆环挡板振荡流反应器浓度场的数值模拟[D]. 袁灿盛. 浙江大学. 2008
[3]. 圆环型挡板振荡流反应器流动模型的研究[D]. 林子昕. 浙江大学. 2006
[4]. 振荡流结晶反应器制备球形氢氧化镍的研究[D]. 蔡友强. 浙江大学. 2012
[5]. 锥环挡板振荡流反应器的CFD研究[D]. 李伟. 浙江大学. 2010
[6]. 填充床振荡流反应器中氨曲南主环合成过程[D]. 黄建珍. 浙江大学. 2014
[7]. 振荡流反应器用于连续絮凝过程的研究[D]. 刘细本. 浙江大学. 2006
[8]. 涡旋波膜生物反应器的剪应力分布及传质强化[D]. 王旭. 大连理工大学. 2006
[9]. 光纤式应力分布测量系统的研究[D]. 曹丽芳. 燕山大学. 2006
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