非对称高速撞击流反应器内流动特性的实验研究和数值模拟

摘要

目前国内外的研究越来越多的集中在过程强化以及新型反应装置的设计上面，其中限定式撞击流反应器（CIJRs）能够为反应体系提供优良的传递特性和混合效果，撞击流已广泛的应用于燃烧，吸收，干燥，解析，萃取以及纳米制备等工业生产中，然而流体在非对称CIJRs内的流动特性还没有得到充分的研究，尤其高Re体系。
　　本文主要研究非对称（3-4mm）反应器在不同流速下(Re=17596-45309)的流动特性，通过2DPIV技术获取平均速度分布、湍动能分布、驻点偏移规律等。在各向同性的假设下，湍动能的计算利用两个方向的速度进行计算，通过PIV实验与LES模拟的对比验证了模拟的可靠性。基于实验与模拟的结果，研究表明:瞬态流场和驻点位置每时每刻都在一定的范围内波动，而且实验与模拟的驻点位置分布均满足正态分布，实验驻点位置波动范围较模拟偏大，这与脉动速度在入口处偏大这一显现是相一致;在Re=17000-45000之间，只要保证入口充分的发展状态，恒定的Re比，Re大小对流体的平均速度U,V,W分布、脉动速度分布和湍动能速度分布影响不大;在只改变轴线上方空间H的条件下，较大的上方空间更有利于增强传递的效果，较低的上方空间对驻点位置偏移的影响显著;在只考虑速度比影响的条件下，流速比对无因次的驻点位置偏移影响显著，10％的流速比的波动将会造成35％驻点偏移量，在反应器的中间位置流体的混合效果最好，因此有必要确保两流体入口流速比以保证流体相撞在反应器的中间位置，这些针对撞击流流动特性的研究为将来反应器的设计以及装置优化提供了基础的数据。

目录

声明

摘要

符号说明

前言

第一章 绪论

1．1 撞击流简介

1．1．1 撞击流原理

1．1．2 撞击流特性

1．1．3 撞击流方式

1．1．4 撞击流应用

1．2 流场测量技术

1．2．1 毕托管法

1．2．2 激光多普勒测速

1．2．3 相位多普勒技术

1．2．4 热线风速仪法

1．3 粒子图像测速技术

1．3．1 PIV基本原理

1．3．2 PIV系统组成

1．3．3 PIV技术应用

1．4 数值模拟

1．4．1 计算流体力学发展历程

1．4．2 LES模拟概述

1．4．3 计算流体力学现状与发展

1．5 撞击流流场研究进展

1．6 本课题研究意义与内容

第二章 PIV实验

2．1 PIV实验装置

2．2 PIV系统组成

2．3 PIV实验条件

2．4 PIV实验步骤

2．5 PIV计算方法

第三章 CFD模拟

3．1 网格优化

3．2 湍流模型

3．3 入口条件

3．4 时间步长

3．5 物理时间

3．6 处理方式

3．7 模拟步骤

第四章 结果讨论

4．1 不同数量网格下CIJRs内流动特性

4．2 稳态下CIJRs内流动特性

4．3 不同Re下CIJRs内流动特性

4．4 不同轴向上方空间H下CIJRs内流动特性

4．5 不同速度比下CIJRs内流动特性

第五章 主要结论

参考文献

致谢

作者和导师简介