固定床微小绝热反应器中三维温度场测量及构建

摘要

先进制造技术的快速发展导致许多设备中单个部件的尺寸显著减小。其中包括涉及传热和流体流动的微小反应器系统。这些尺寸的减小导致了许多实验、数值模拟和分析研究的发展。微小反应器体积小和结构的复杂性，使得其内的流动和传热过程复杂，内部温度的测量也充满挑战性。 本文针对固定床绝热微小反应器内的温度变化展开研究，主要工作包括： 建立多孔介质固定床传热数学模型，结合文献实验数据，证明了Fluent软件中的多孔介质模型可靠可行，在此模型的基础上，数值模拟绝热工况下管内温度场变化，与实验数据作对比分析。 采用介入式和非介入两种方式进行固定床内温度场测量。介入式测量利用热电偶多点测量获得非稳态条件下，绝热填充床内温度分布情况。本文采用3D打印技术制作的光敏树脂管和颗粒堆积构成填充床，管内布置15根热电偶，轴向5层，每层径向布置3根热电偶，改变流量、入口温度、孔隙率、颗粒热导率和耦合化学反应等工况，研究绝热条件下填充床内轴向和径向温度的动态特性。热电偶测温时，插入填充床内，与被测物接触，尽管热电偶微细，但也会干扰温度场；红外测温，无需与被测物体接触，不会破坏温度场，在现阶段发展迅速。热电偶测温和红外测温，各有优点，又各有局限性。本文提出探针和红外在线测量的新方法，利用二者的优点，避免其不足，可同时获得管内轴线和管壁温度变化。 根据在线测量实验结果，建立导热正问题和反问题的模型，将多孔介质内的传热过程看做是导热过程，测量其有效导热系数，有限差分导热偏微分方程，从中心温度推导外部温度，从外部温度反演内部温度，具有工程现实意义。

目录

第一个书签之前