SCF技术制备超微颗粒新型喷嘴研究

摘要

本文首先综述了超临界流体(supercritical fluid，SCF)制备超微颗粒技术的研究现状，提出如何提高制备超微颗粒的产量是目前SCF制备超微颗粒技术应用领域亟待解决的瓶颈问题，而喷嘴的大小与结构的优劣又是解决问题的关键所在，通过深入分析和研究进行喷嘴的结构创新设计工作，将使SCF制备超微颗粒技术的应用领域进一步拓宽，能为解决这一问题跨出关键性的一步，具有显著的工程应用价值和意义。 通过分析喷嘴的雾化机理及各种不同形式喷嘴的结构特点，设计了一套轴向扩展型单通道、外混、内混和内外混的可调式喷嘴，单通道喷嘴的设计对应于RESS过程，外混喷嘴的设计对应于ASES过程，内混喷嘴对应于SEDS过程，内外混喷嘴则对应于改进型SEDS过程。喷嘴均利用两个可调圆锥面之间的缝隙来喷出物料，即将常规固定的喷嘴孔结构改变为可调环状缝隙结构。喷嘴环隙能在结晶器外部随机调整，使喷嘴能够轴向扩展。并对其主要部件端盖、动环、外混静环和内混静环等进行了强度计算，确定了其主要结构尺寸。 利用喷嘴内气液两相流动理论，分析喷嘴内流场的流动特点，建立了喷嘴内流场数值模拟的计算模型。用Fluent软件对不同结构参数的两通道外混喷嘴和两通道内混喷嘴的内流场进行了数值模拟，研究了结构参数变化对喷嘴内流场的影响规律。模拟结果表明，对两通道外混喷嘴而言，SCF与溶液混合之前在喷嘴内的流动距离不宜太长，否则增加了SCF的流动阻力，降低了混合时的气液流速比。鉴于此，对两通道外混喷嘴进行了改进。针对改进的两通道外混喷嘴流场分布提出了评价指标和模糊打分的评价方法；根据模拟结果对喷嘴结构进行了优化并得到了喷嘴适宜的工况条件。对两通道内混喷嘴而言，喷嘴环隙喷射角存在适宜流场分布和喷出前混合效果的合适值。整个数值模拟过程，为喷嘴的结构优化设计提供了依据。

目录

文摘

英文文摘

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第1章绪论

1.1引言

1.2超临界流体制备超微颗粒技术综述

1.2.1超临界流体的概念、特性

1.2.2快速膨胀过程(RESS)

1.2.3抗溶剂及其相关过程(SAS/GAS/ASES/SEDS)

1.2.4喷嘴研究现状

1.3课题提出及研究意义

1.3.1课题提出

1.3.2研究意义

1.4主要研究内容

第2章新型喷嘴结构设计

2.1喷嘴雾化机理介绍

2.2喷嘴的结构形式与特点分析

2.3新型喷嘴结构设计思想

2.4轴向扩展型可调喷嘴结构设计

2.4.1新型喷嘴的结构革新情况

2.4.2轴向扩展型单通道喷嘴

2.4.3轴向扩展型外混式喷嘴

2.4.4轴向扩展型内混式喷嘴

2.4.5轴向扩展型内外混式喷嘴

2.4.6喷嘴强度计算及主要结构尺寸

2.5本章小结

第3章喷嘴流场模拟方法与模型建立

3.1引言

3.2 Fluent软件简要介绍

3.3喷嘴内部气液两相流动理论分析

3.4流场数值模型及求解方法

3.4.1混合模型

3.4.2湍流模型

3.4.3离散格式

3.4.4求解方案

3.5喷嘴几何建模

3.5.1两通道外混式喷嘴几何模型

3.5.2两通道内混式喷嘴几何模型

3.6网格划分

3.7边界条件

3.8本章小结

第4章喷嘴结构数值优化

4.1外混式喷嘴内流场数值模拟分析

4.1.1基本工况

4.1.2 L2对喷嘴流场区的影响

4.1.3h对喷嘴流场区的影响

4.1.4依据单参数模拟结果对喷嘴结构的改进

4.1.5结构改进喷嘴的流场分析评价指标与方法建立

4.1.6α和β对喷嘴流场区的影响

4.1.7喷嘴适宜工况条件的模拟分析

4.2内混式喷嘴内流场数值模拟分析

4.2.1基本工况

4.2.2 α对喷嘴流场区的影响

4.3本章小结

结论与展望

参考文献

附录1改变α、β值的模拟试验结果

附录2不同工况下的正交模拟试验结果

攻读硕士期间发表论文

致谢