并行微反应器系统中阻塞故障诊断的研究

摘要

微反应器是当代工业生产中的重要反应工具之一，近年来许多学者发现小型微制造反应器不仅具有良好的传质和传热性能，而且可以保证流体流动的均匀性和理想性。微反应器一般是指通过精密加工技术制造的小型反应系统，其是一种内径在10~1000μm内的连续流动的管道式反应器，由于微反应器内径极小，如果在反应过程中产生了大颗粒沉淀物质，就很容易造成为微通道的堵塞。当微通道发生阻塞现象时，不能用传统的流量测量法来进行故障检测。因此本文采用温度检测的方法来判断阻塞故障通道。
　　在本研究中，首先建立了一个并行微通道的计算流体动力学(CFD)仿真模型，利用CFD模型对单通道微反应器中各点温度值进行计算，采用在ICEM中的O型切分技术对单通道模型进行网格的划分，在FLUENT中进行流场分析与计算，最后利用隔离断面法进行温度检测过程仿真。将测得的温度值作为实际过程中配置温度传感器的参考值。
　　在本论文中，将单通道微反应器模型推广到多通道并行微反应器系统中。在并行系统中，需要引入流体分配器来确保每个微反应器的流量一致性。利用流体分配器的结构与哈根-泊肃叶定律计算出某个通道阻塞下，其余未阻塞通道的流量值，进而根据流量值，计算CFD模型中选取位置处的温度值。根据求取的数据，运用二次回归曲线拟合方法，拟合出温度-流量-位置三者之间的关系式，利用函数关系式，求取通道阻塞时，各个检测位置的温度。
　　应用以上温度检测模型，本研究还进行了最优传感器位置和传感器数量的优化，基于提出的目标函数，利用粒子滤波优化算法进行了优化求解。本研究以4通道并行微反应器为研究对象，对在模型中配置2~4个温度传感器分别进行研究，以在模型中进行等间距配置时的方案为优化初始解，最后求得最优的配置方案。通过在目标函数中定义的控制传感器个数函数，分析了配置不同个数传感器时优化目标的变化趋势，最后确定了传感器的最佳配置个数，以此来对系统中阻塞故障进行有效地诊断。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究进展

1.3本论文主要工作与论文结构

第二章 基于阻塞故障的微反应器温度检测

2.1 传热机理

2.2基于CFD模型单通道微反应器的温度分布

2.3 基于阻塞故障诊断的温度传感器配置

2.4 本章小结

第三章 粒子滤波算法及其在优化问题中的应用

3.1 优化目标的选取及确定

3.2 优化求解-粒子滤波算法

3.3 本章小结

第四章 并行微反应器内温度传感器的优化配置

4.1 流体分配器的研究

4.2温度与流量、断面位置的曲线拟合

4.3 优化设计

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

附录

致谢