网板柱塞流电化学反应器流动特性及传质性能的研究

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1、硕士学位论文论文题目：网板柱塞流电化学反应器流动特性及传质性能的研究作者姓名李婷婷指导教师王家德教授学科专业环境科学与工程所在学院生物与环境工程学院提交日期2015.04ThesisSubmittedtoZhejiangUniversityofTechnologyfortheDegreeofMasterofScienceFLOWCHARACTERISTICSANDMASSTRANSFERPROPERTIESINAPLUGFLOWELECTROCHEMICALREACTORWITHMESHPLATEELECTRODEWrittenbyTingting

2、LiMajoringinEnvironmentalScienceandEngineeringSupervisedbyJiadeWangCollegeofBiological&EnvironmentalEngineering,ZhejiangUniversityofTechnology,310032,P.R.ChinaApr,2015Wi5II~7c~~iY:~j(~~lj•tiJfip~*A~m~M:mm~~~~~~~*A~~~~m~~.~~illfi1iJf.:fl:I1-F?JTltZilftEf1liJf.Ji:~*o~X9=tBt~:bo~

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4、ff~•,w~*m~~,~~~a•~~~¥~~~lP¥E~J$:~{.fz:it::Z"*~1frit;t~-Tl,~lli'O,ftifil¥t*J§~ffl:;$:~tl.~o~~2..~i:*'WDo'(ifftE~_t;t§jsz1J~pg:fJ{{~")fp~~1S:1~~RJtjj=-z_otr~os:JJ~ra~Ym~~:?-~r:;zB'~V(j~.~?~网板柱塞流电化学反应器流动特性及传质性能的研究摘要柱塞流电化学反应器（PFER）是一种可以提高电流效率，降低处理成本的新型电化学法处理技术。网板柱塞流电化学反应器（MPE-PFE

5、R）因阴阳电极面积相同且垂直于流体流动方向，电极为棱形网孔结构，可解决传统柱塞流电化学反应器电流分布不均、流体速度分布不均、湍流强度不均等不足，有利于污染物的传质和分解。计算流体力学（CFD）可有效模拟反应器内部流场、粒子图像测速技术（PIV）可直观观测反应器内部流场，结合这两种技术可为反应器的性能研究和结构优化提供可靠的依据。本文采用CFD与PIV相结合的方式，分别模拟和测试了不同进口方式（轴向、径向和切向）对反应器的影响，分析了反应器进口区域的速度场和整个反应器的压强降等水力特性。结果显示，模拟结果与测试结果基本一致，进口区域属流体流动的过渡区

6、域，受进口方式的影响较大。相比其他两种进口方式，切向进口的速度分布均匀，没有大的速度梯度，没有回流死区，电极表面流速也比较适合，且压降最小。其次，通过DPM模型，分析了不同气泡直径和质量流量对反应器内部流场的影响。模拟结果表明，气泡对连续相流场的影响随着气泡直径的增大而增大，气泡直径较小时，气泡增强湍动且使流场分布变得均匀，而直径较大时，反应器上下部分湍动强度分布不均匀，上端湍动剧烈，而下端出现低湍动区；当气泡量少时，连续相流动起主导作用，气泡对湍动强度的影响不明显，随着气泡的增多，气泡效应越来越明显，流场分布变得越来越均匀。最后，分别从流场分布和

7、传质性能两方面对比分析了MPE-PFER和PFER的性能。从流场来看，MPE-PFER中流场受进口区域影响小，流场可以更早达到稳定，稳定后径向流速分布更加均匀，在网孔处达到速度峰值；PFER中电极间流场呈抛物线型分布，流场受进口区域影响较大。通过对两种反应器传质半经验公式的分析发现，由于网板电极的存在，MPE-PFER的传质性能明显高于PFER，MPE-PFER的传质关联式是PFER的.023.461u倍，在相同的流量变化下，MPE-PFER传质系数提高的是PFER的两倍。关键词：柱塞流电化学反应器，网板电极，计算流体力学（CFD），粒子图像测速

8、技术（PIV），传质FLOWCHARACTERISTICSANDMASSTRANSFERPROPERTIESINAPLUG