《液體連續相撞擊流反應器強化微觀混合過程的機理》是依託武漢工程大學，由楊俠擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：液體連續相撞擊流反應器強化微觀混合過程的機理
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：楊俠
- 依託單位：武漢工程大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
微觀混合過程對化學反應至關重要，實驗表明液體連續相撞擊流反應器（LISR）具有顯著強化微觀混合過程的特性，本項目擬在前期研究基礎上藉助微觀混合理論、數值模擬及現代實驗技術等手段，從微觀傳遞角度對LISR強化機理開展基礎研究。主要內容包括：(1)撞擊流對流團巨觀分散的影響機理。(2)LISR巨觀特性對微觀混合過程的影響機理。壓力波動等巨觀特性是LISR強化微觀混合的重要因素，重點探討巨觀特性對微觀混合時間的定量影響機理。(3)LISR中流體微團分布形態及形變規律。流體微團分布形態及形變規律是微觀混合過程的核心，藉助高速相機在染色示蹤方法下觀測微團分布形態及形變規律；(4)LISR強化微觀混合機理研究。在討論巨觀特性與巨觀分散、微團分布形態及形變規律間影響規律基礎上系統闡釋LISR強化微觀混合機理。研究成果有助於明晰LISR強化微觀混合機理、完善微觀混合理論、化工領域中高效利用LISR技術。
結題摘要
項目組基於液體連續相撞擊流反應器強化微觀混合過程的思想，從撞擊流反應器結構裝置穩定性和混合效率出發，提出多種新型撞擊流反應器。設計液體連續相撞擊流反應器實驗裝置並搭建實驗測量系統平台，制定了詳細的實驗實施方案，主要包括：巨觀混合時間的測定；撞擊區內壓力波動測量；撞擊流反應器中PIV速度場的測量；撞擊流反應器中巨觀流體團分散行為隨時間和空間的變化分布等。最後利用流體動力學軟體FLUENT對液體連續相撞擊流反應器進行數值模擬研究，得到了將撞擊流反應器內導流筒長度及直徑撞擊距離、槳葉形式、槳葉傾角及對置槳葉交錯傾角等結構參數，以及槳葉轉速、進料速度、等操作參數作為分析變數工況下流場的物料濃度分布、速度分布及混合時間等評價因子。通過本項目研究，獲得結論有：（1）導流筒長度的增加使導流筒內入口處軸向壓力和速度增大，導流筒長度由70mm增加到85mm，撞擊面中心處壓力減小，中心軸向方向壓力增大，但過度增大到100mm反而呈相反趨勢。（2）對置距離的增加，導流筒入口附近區域壓力波動值和速度增大，同時也減弱了撞擊取悅內壓力波動和速度，槳葉對置距離增加一倍，相應壓力值和速度值減小一倍。（3）槳葉面積的增大有利於撞擊過程中軸向壓力和速度沿著徑向壓力和速度的轉換，徑向壓力值相比軸向壓力增加了10多倍，最大可達到20倍，壓力值和速度值會隨著槳葉 面積的增大而增大。（4）槳葉傾角為30度時，壓力波動強度與剪下應力平均值最大，槳葉傾角的改變不影響混合時間，但會局部影響流體分散效果；（5）當槳葉轉速為1500r/min時，其壓力波動強度與剪下應力平均值最大，槳葉轉速的增大會減小混合時間，促進混合；（6）利用流體混合過程經驗模型和現代微觀混合理論模型對LISR撞擊區混合時間進行理論計算，在連續穩定操作條件下，隨著轉速增加，經驗模型與理論模型計算的巨觀混合時間逐漸減小，其微觀混合時間也隨之下降，二者處於一種聯動平衡狀態；隨著轉速增加，兩種模型計算結果趨於一致，說明兩種模型更適合於在高轉速撞擊下的混合時間計算。研究成果有助於明晰 LISR 強化微觀混合機理、完善微觀混合理論、化工領域中高效利用 LISR 技術。
