探析高schmidt数下喷射反应器内湍流混合反应过程的多尺度模拟

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1、青岛科技大学硕士学位论文高Schmidt数下喷射反应器内湍流混合反应过程的多尺度模拟姓名：荆思凤申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：谭心舜;毕荣山20080608青岛科技大学硕士学位论文高Schmidt数下喷射反应器内湍流混合反应过程的多尺度模拟摘要喷射反应器是一种新型的反应器，可以提高混合强度、改善浓度及温度分布均匀、加快反应进程、抑制副反应的发生和提高反应选择性，在石油、化工、环保、医药等行业的实际生产中有着广泛的应用。由于喷射反应器内湍流多尺度混合一反应过程的复杂性，目前对喷射反应器内多尺度混合一反应过程和放大规律研究的很少。准确、全面地了解影响喷射反应器混合效

2、果及混合一反应性能的主要因素，有助于喷射反应器放大规律的建立，为其优化设计和工程放大提供良好的依据。本文首先利用PLIF实验数据对CFD模拟中常用的三种湍流模型进行了验证，结果表明标准七一占湍流模型和可实现七一占湍流模型均可较好的反映喷射反应器内的真实宏观混合过程。在此基础上，利用流体力学模拟软件Fluent6．2对喷射反应器内的湍流多尺度混合情况进行了研究，建立了评价喷射反应器混合效果的指标，采用宏观混合分数方差与微观混合分数方差分别代表宏观混合和微观混合情况，考察了不同操作条件对喷射反应器混合效果的影响。结果表明：1)在引射流体速度不变的条件下，喷嘴速度越大，喷射反应器

3、的混合效果越好：2)在喷嘴速度不变的条件下，引射流体速度越大，喷射反应器的混合效果越差；3)在喷嘴速度与引射流体速度之比一定的条件下，喷嘴速度与引射流体速度越大，喷射反应器的混合效果越好；4)在本文所选的操作条件下，微观混合过程为喷射反应器内物料间混合过程的控制步骤。在对喷射反应器内湍流混合过程研究的基础上，选用典型的平行一竞争反应作为反应体系进一步考察了喷射反应器内的湍流反应情况。利用两环境DQMOM．IEM模型，通过平行一竞争反应体系中的慢反应的转化率衡量了操作条件对喷射反应器内湍流混合一反应过程的影响。结果显示：1)该混合一反应模型可以正确的对喷射反应器内湍流混合与反

4、应之间的相互关系进行模拟，可以直观高Schmidt数下喷射反应器内湍流混合反应过程的多尺度模拟的给出喷射反应器内不同位置处混合一反应的详细信息，为反应器的优化设计提供理论依据；2)在引射流体速度保持不变的条件下；喷射反应器喷嘴速度越大，喷射反应器的混合效果越好，平行一竞争反应的选择性越高；3)在保持喷嘴速度不变的条件下，喷射反应器引射流体速度越大，喷射反应器的混合效果越差，平行一竞争反应的选择性越低；4)随着喷嘴速度与引射流体速度比的增加，平行一竞争反应的选择性越来越好，说明二者速度比越大，喷射反应器的混合效果越好；在速度比一定的情况下，速度越大，喷射反应器的混合效果越好，

5、平行一竞争反应的选择性越好。5)在喷嘴速度一定的情况下，慢反应的转化率与Da数成线性关系，且直线的斜率与喷嘴速度相关；6)喷射反应器内的湍流反应过程受湍流混合过程与化学反应动力学因素双重控制。在实际生产中应综合考虑能量消耗和化学反应的选择性两方面因素来确定操作条件。关键词：喷射反应器微观混合宏观混合湍流反应多尺度性计算流体力学(CFD)II青岛科技大学硕士学位论文MULTI—SCALESIMULAT10NANDSTUDY0NTURBULENTREACTINGFLOWSINEJECTORONHIGHSCHMIDTNUMBERABSTRACTEjectorisaconVersi

6、onuIlit诚tll11igh-intensi够mixingperfbmarlce．Asat)，peoffeactor’itc趾stren酉henmixingprocess，rcduceconcen臼斌ion铲adiemandtempera劬re铲adie咄acceleratereactionprogress，restrainsidereactionaIldiIIlproveselectiVi吼Duet0thesemerits，itisemployedinmostfieldsofiIldus缸ysuch嬲petrochemical，chemical，enViroIlIIl

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