微通道内液—液传质与相分离模拟研究

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1、＇■－－－｜｜ＴＩＡＮＪＩＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ中国第－所现代大学＾ｉｉｉ｜Ｉ二ｍＪｂ：譚ｍｍ－論硕±学位论＾＾■ｓ＾ＤＢｉｉａｒａｉｉｆｃｆｅ：９学科专业；化学工程＇ｉ＇■＾｜｜：张董作者姓名＾＇ｇ指导教师：张旭斌ｉｊ麵．１Ｈ？天津大学研究生院＇２０巧年５月：’■心：．ｂ＇－ＪＶ，－１＼换；■■如，，诉独创性声明本人声明所呈交的学位论义是本人在导师指导下进行的研巧工作巧取巧的研究

2、成果，除了文中特别加Ｗ标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发、天表或撰写过的研究成果，也不包含为获得津太学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料一。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：谦董签字日期：说Ｋ年５月＾３曰学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可将学位论义的全部或部分内容编入有关数据度进行检索，、汇编＾＾。同并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存

3、１供查阅和借阅意学校向国家有关部ｎ或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适本授权说）用明学位论文作者签名；歌室导师签名；处＾签日５；蜘年Ｓ签日：日字期月字期年月５天津大学硕士学位论文微通道内液-液传质与相分离模拟研究Numericalstudyofliquid-liquidmasstransferandphaseseparationinmicrochannel学科专业：化学工程研究生：张莹指导教师：张旭斌副教授天津大学化工学院2015年5月摘要微通道反应器由于尺寸效应而具有

4、优越的传质传热性能，已经成为目前研究的重点课题。针对两相传质反应体系，快速相分离可以实现这些反应的基本要求，因此用微分离器进行相分离也逐渐受到研究者的青睐。本文采用VOF方法和界面捕捉法模拟了弯曲通道、双极T型以及扩张微通道充满两相液弹流的过程；以入口夹角为60°Y型微通道为模型，对通道内液弹内流场进行分析，证明了内循环的存在；考察了通道内两相流压降分布，分析了水相入口压力、液弹流速度、通道直径、壁面润湿性等对压强的影响；并研究了壁面剪应力的分布以及速度对剪应力的影响。然后根据压降平衡模型分析操作条件以及物性参数

5、等对相分离性能的影响，包括液两相表观流速、两相流率比、支管长度比、润湿性能、表面张力等因素。并模拟了垂直T型和夹角为60°Y型相分配器液弹流平均分配过程。最后，采用CFD模拟的方法，使用FLUENT软件，利用UDF语言程序，模拟了微通道反应器中两相液弹流传质过程，并研究了反应对传质的强化过程。通过对Fluent模拟的结果进行后处理，结果表明：微通道内两相流压降随着速度的增大，直径的减小而增大。液弹流流率比、支管长度比、润湿性能、表面张力对相分离性能影响显著；两相流流率、通道直径、支管夹角对相分离性能无影响。本文采

6、用界面固定模型模拟微通道内油水两相传质与反应过程。结果表明：增大流速、扩散系数及流量比、减小直径均促进传质系数增大。我们选用Hatta数判断反应的快慢，该反应为传质和反应共同控制。在水相中进行酯化反应加强了传质，我们用增强因子定量分析了反应加强传质的过程。本文将实验结果与模拟结果进行了比较，总体来说模拟结果与实验结果趋势一致，该模型能较好的模拟微通道内传质反应过程。最后我们还采用了充分发展模型考察了整个通道内水相中乙酸正丁酯的总浓度。关键词：CFD模拟相分离微反应器液液传质ABSTRACTMicroreactor

7、hasbeenprioritysubjectduetotheexcellentperformanceinheatandmasstransfer.Forextractionandbiphasicreactions,especiallythefastreactionsystem,itisthekeytoachieverapidphaseseparation,subsequentlyleadingtothepopularofmicroseparatorandtherapidlygrowingofmicrostructu

8、redseparation.TheVOFmodelandthefreesurfacetracingapproachwasusedtosimulatethegenerationprocessanddevelopmentofslugflowincurvedchannel,doubleT-channel,andexpansionchannel.Weanalyzedtheflow