检索结果-内蒙古大学图书馆

化学反应工程与工艺 2008年第5期24卷 450-454,460页

作者：袁灿盛胡晓萍吴嘉浙江大学化学工程与生物工程学系浙江杭州310027

采用有限体积元方法对五腔室圆环挡板振荡流反应器(OFR)的三维浓度场进行了数值模拟研究,考察了腔室中心注入模式下的示踪剂浓度场的分布形态及其在不同振荡条件下的演化情况。研究表明,示踪剂在OFR中运动是由振荡流反应器中主体流动与... 详细信息

采用有限体积元方法对五腔室圆环挡板振荡流反应器(OFR)的三维浓度场进行了数值模拟研究,考察了腔室中心注入模式下的示踪剂浓度场的分布形态及其在不同振荡条件下的演化情况。研究表明,示踪剂在OFR中运动是由振荡流反应器中主体流动与漩涡构成的二次流动对腔室中心区域的交替控制促成的。定义一个腔室中的浓度方差 C 作为判断混合效率的依据,结果表明,C 值是腔室内混合和腔室间混合共同作用的结果。参数表征的混合效率说明振荡雷诺数越大,混合效率越高。统计分析结果表明,基于长程对流混合和短程湍流扩散双模式传递模式的二项指数衰减曲线方程能够较好地描述踪剂浓度分布方差值随时间的变化。

关键词：振荡流反应器浓度场数值模拟注入分散

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圆环挡板振荡流反应器的计算流体动力学研究

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化学反应工程与工艺 2007年第2期23卷 97-103,125页

作者：吴嘉黄琛波袁灿盛浙江大学化学工程与生物工程学系浙江杭州310027

采用并行计算技术和2237267个格栅的非结构化网格模型.成功地进行了具有完整结构的十腔室圆环挡板振荡流反应器的数值模拟研究,获得了进料腔室、标准腔室和出料腔室的流场结构和特征.对标准腔室的计算流场和实验流场图像的对比显示两者... 详细信息

采用并行计算技术和2237267个格栅的非结构化网格模型.成功地进行了具有完整结构的十腔室圆环挡板振荡流反应器的数值模拟研究,获得了进料腔室、标准腔室和出料腔室的流场结构和特征.对标准腔室的计算流场和实验流场图像的对比显示两者吻合良好.模拟结果表明,标准腔室中的主流区和二次流区的径向位置在每个振荡周期中交换一次.而除了底部腔室以外的其余腔室中的二次流区漩涡在整个振荡周期中始终存在.进一步的研究将针对二次流区漩涡的动态行为进行.

关键词：振荡流反应器计算流体力学网格模型并行计算

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锥环挡板振荡流反应器流场的CFD研究

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化学反应工程与工艺 2007年第6期23卷 487-493页

作者：李伟胡晓萍吴嘉浙江大学化学工程与生物工程学系浙江杭州310027

采用(四面体+楔体+棱锥体)的非结构化网格对包括进料和出料机构的五腔室锥环挡板振荡流反应器(OFR)的空间三维流场进行了计算流体力学(CFD)模拟,得到了不同振荡强度下标准腔室、顶部腔室和底部腔室的流场结构信息。研究得到了存在净流... 详细信息

采用(四面体+楔体+棱锥体)的非结构化网格对包括进料和出料机构的五腔室锥环挡板振荡流反应器(OFR)的空间三维流场进行了计算流体力学(CFD)模拟,得到了不同振荡强度下标准腔室、顶部腔室和底部腔室的流场结构信息。研究得到了存在净流时锥环挡板OFR的流场结构,同时将模拟结果与圆环挡板OFR流场进行了比较。

关键词：振荡流反应器锥环挡板计算流体力学流场

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管式振荡流反应器的流动模式研究 (II)高振荡强度下的流动模型和模拟

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化学反应工程与工艺 2006年第5期22卷 391-395页

作者：吴嘉林子昕胡晓萍李晓清浙江大学化学工程与生物工程学系浙江杭州310027

根据高振荡强度下的粒子成像流场可视化实验结果,在分析振荡流场中漩涡结构特征的基础上,提出用带有二次流区的全混腔室和室间返混的多釜串联模型来表征高振荡强度下的管式振荡流反应器流动特性。根据停留时间分布实验结果,运用小生境... 详细信息

根据高振荡强度下的粒子成像流场可视化实验结果,在分析振荡流场中漩涡结构特征的基础上,提出用带有二次流区的全混腔室和室间返混的多釜串联模型来表征高振荡强度下的管式振荡流反应器流动特性。根据停留时间分布实验结果,运用小生境遗传算法优化求解模型参数与振荡参数之间的定量关系。模拟计算表明,优化后的模型给出的停留时间分布曲线与实验结果吻合良好。

关键词：振荡流反应器流动模型高振荡强度停留时间分布模拟计算

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管式振荡流反应器的流动模式研究(Ⅰ)PIV和RTD实验研究

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化学反应工程与工艺 2005年第5期21卷 446-450页

作者：吴嘉李晓清胡晓萍林子昕浙江大学化学工程与生物工程学系杭州310027

采用粒子成像可视化(PIV)技术研究了管式振荡流反应器(OFR)内的流场形态和混合特点,并采用脉冲进样法测定了OFR在不同振荡条件下的停留时间分布函效。实验结果表明,OFR的混合特性十分复杂,并随振荡强度的变化呈现出不同的特征。振荡强... 详细信息

采用粒子成像可视化(PIV)技术研究了管式振荡流反应器(OFR)内的流场形态和混合特点,并采用脉冲进样法测定了OFR在不同振荡条件下的停留时间分布函效。实验结果表明,OFR的混合特性十分复杂,并随振荡强度的变化呈现出不同的特征。振荡强度较低时,振荡使得OFR径向混合加强,减少了滞留区, 流体的流动趋于平推流;振荡强度较高时,腔室内布满数目、尺寸和位置不断变化的漩涡,使每个腔室趋向于全混,腔室间的返混增大。实验数据与多级串联全混釜模型的比较结果显示,OFR的混合特性远非简单流动模式模型所能表征。

关键词：振荡流反应器流动模式停留时间分布混合特性

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振荡流反应器流动特性研究

振荡流反应器流动特性研究

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作者：李晓清浙江大学

学位级别：硕士

振荡流反应器（OFR）是一种应用活塞或振动膜使液体在内设挡板的简体中进行往复运动的新型装置,振荡流和中空挡板是其两个关键的因素,由于两者的存在,极大的改变了反应器内部的流动特性。本文在建立振荡流反应器装置下完成粒子成像定性... 详细信息

振荡流反应器（OFR）是一种应用活塞或振动膜使液体在内设挡板的简体中进行往复运动的新型装置,振荡流和中空挡板是其两个关键的因素,由于两者的存在,极大的改变了反应器内部的流动特性。本文在建立振荡流反应器装置下完成粒子成像定性研究流动特性实验和停留时间分布实验。应用粒子成像技术考察不同振荡雷诺数Re0和斯特劳准数St下振荡流反应器的流动模式变化规律,通过比较分析将实验结果分成三类:（1）在低振幅（St=2.653～7.958）时,反应器内流体不生成旋涡,主流体从挡板中心近似竖直向上流,其中的流体微团随振荡流做扰动;（2）当振幅增大（St=0.796～1.989）时,腔室内上下挡板边缘都出现漩涡,而腔室中心位置混合程度没有腔室顶部或底部强;（3）St=0.796～1.989且Reo>2700情况下,整个腔室内布满大小不同的漩涡,漩涡的位置和体积都在不断变化,整个腔室类似全混釜。根据粒子成像定性研究流动特性实验的分析结果,将不同振荡条件下的流动模式分成三种类型,从基本流体力学方程出发,分别建立流动模型,在振幅为St=2.653～7.958（振幅为0.5～1.5mm）时应用轴向扩散模型;在St=0.796～1.326（振幅为3.0～5.0mm）且振荡雷诺数为2700以上的区域建立带有腔室级间返混和二次流区的多级串连全混釜模型;在St=0.796～2.653（振幅为2.0～5.0mm）的区域内建立带有腔室级间返混、腔室内全混釜返混和二次流区的多级串连全混釜模型。模型计算结果与停留时间分布地实验结果能较好地符合,说明上述根据不同的振荡条件而应用不同的流动模型的方案具有可行性。

关键词：振荡流反应器流动特性停留时间分布粒子成像流动模型

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振荡流反应器进料注入分散过程数值模拟研究

振荡流反应器进料注入分散过程数值模拟研究

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作者：张春芝浙江大学

学位级别：硕士

振荡流反应器（Oscillatory Flow Reactor，缩写为OFR）是一种新型的化工过程设备，具有良好的混合、传热、传质性能，传递过程特性易于控制，在化工生产中有广泛的应用前景：如粒子的悬浮分离、絮凝、过滤、化学反应器等等。OFR已引起... 详细信息

振荡流反应器（Oscillatory Flow Reactor，缩写为OFR）是一种新型的化工过程设备，具有良好的混合、传热、传质性能，传递过程特性易于控制，在化工生产中有广泛的应用前景：如粒子的悬浮分离、絮凝、过滤、化学反应器等等。OFR已引起了化学工程研究人员的关注，进行了一些基础性的研究工作，获得了很有意义的结果。本文应用CFD方法，基于三维振荡流场数值模拟结果，对OFR中注入示踪粒子的分散过程进行数值模拟研究，具体研究了净流量为零，St=1.0，Re_o=200、250、500，注入粒子数为1000，单个腔室情况下的示踪粒子运动轨迹和示踪粒子浓度分布的非均匀度随时间的演变过程。本文在数学上应用Lagrangian法来描述粒子运动，首次实现了OFR三维流场中注入粒子分散过程的数值模拟，获得到了粒子浓度分布演变过程的定量结果，为进一步的研究打下了良好基础。

关键词：振荡流反应器数值模拟注入分散过程

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振荡流反应器三维流场非对称性CFD定量研究

振荡流反应器三维流场非对称性CFD定量研究

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作者：邹世强浙江大学

学位级别：硕士

振荡流反应器(Oscillatory Flow Reactor,缩写为OFR)是一种有着广泛工业应用前景的新型化工工艺设备,具有很好的传递特性,且其工艺过程易于控制。目前对OFR的针对性研究多处于实验室或初级应用阶段。随着计算机技术的发展,计算机模拟... 详细信息

振荡流反应器(Oscillatory Flow Reactor,缩写为OFR)是一种有着广泛工业应用前景的新型化工工艺设备,具有很好的传递特性,且其工艺过程易于控制。目前对OFR的针对性研究多处于实验室或初级应用阶段。随着计算机技术的发展,计算机模拟已成为继实验研究后又一行之有效的科研手段,并已广泛应用到生产实践中的各个领域。利用计算机来模拟OFR的流场分布,对其进行系列研究不仅可以提供实验无法提供的信息,而且可大大降低实验的费用。借助商业计算流体力学软件CFX模拟计算了完全对称几何边界、具有轻微挡板偏心度和振荡边界倾斜度的OFR单腔室内的三维振荡流场,使用结构化网格离散整个计算域,采用有限容积法求解N-S方程组,压力-速度的耦合求解采用SIMPLE算法。在上述OFR三维流场模拟的基础上,首次提出无因次物理量RMDV表征流场的非对称程度,将OFR的CFD模拟从定性研究推进到定量研究。运用专业流场可视化软件FieldView从OFR流场计算结果中将计算域内关于轴对称的空间点上的速度值顺序取出,然后用工程数据专用处理软件Matlab自编程对其进行数据统计与分析,从而得到描述流场非对称性的无因次物理量——某一时刻或某一段时间内整个计算域内关于轴对称的空间点的速度或速度分量的相对平均偏差(RMDV)。研究结果表明:RMDV为定量研究OFR三维流场的非对称性提供了有效的方法;三种几何边界条件下的流场RMDV值均随时间呈周期性变化:OFR的几何边界条件对流场流型有重要影响。研究结果为认识OFR三维流场的流动模式提供了新的信息,有助于OFR的结构优化和放大设计,为下一步的研究打下了良好的基础。在OFR单腔室三维流场非对称性的定量研究基础上可进一步扩展到多腔室流场的模拟计算,以及流场的粒子扩散、停留时间分布和化学反应的模拟研究。

关键词：振荡流反应器 CFD模拟非对称性定量研究

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振荡流反应器中双某膦氧化反应过程的模拟

振荡流反应器中双某膦氧化反应过程的模拟

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作者：刘琦浙江大学

学位级别：硕士

草甘膦是灭生性的有机膦除草剂，随着转基因作物的广泛耕种，是目前世界上使用最为广泛且产量最大的农药品种。双甘膦氧化反应是草甘膦制备工艺中的关键步骤。该反应是串联反应，双甘膦催化氧化合成目标产物草甘膦，草甘膦还可能进一步... 详细信息

草甘膦是灭生性的有机膦除草剂，随着转基因作物的广泛耕种，是目前世界上使用最为广泛且产量最大的农药品种。双甘膦氧化反应是草甘膦制备工艺中的关键步骤。该反应是串联反应，双甘膦催化氧化合成目标产物草甘膦，草甘膦还可能进一步氧化生成副产物氨基甲磷酸，若反应器中存在物料返混将不利于中间产物的生成，因而反应器的形式和操作工艺对中间目的产物草甘膦的收率有决定性的影响。本研究将采用振荡流管式反应器作为双甘膦氧化反应的反应器，通过对流体施加外部周期性振荡以提高其在管内径向混合，并设置挡板以降低流体的轴向返混。论文通过计算流体力学软件以及流程模拟软件模拟研究了多层挡板结构振荡流反应器的流动特性以及双甘膦氧化反应结果，从而探究合适的振荡条件、工艺条件和反应器结构，实现较小物流雷诺数时的平推流模式及较大目的产物收率。具体工作如下:　　1.建立了圆环挡板振荡流反应器实验装置，在此基础上对反应器进行几何建模和网格划分、采用欧拉-欧拉模型以及周期性振荡边界条件建立了描述反应器流动特性的数学模型，并将数值模拟结果与实验结果进行对比，以确定模型的可靠性。模型预测振荡流反应器出口双甘膦浓度以及草甘膦浓度的平均相对误差分别为7.64％和7.41％，误差在工程应用可接受的范围。　　2.为了探究该反应器的流动特性与振荡操作参数的关系，模拟研究了标准腔室内部漩涡的发展过程，以及振幅为0～6mm，频率为0～3.0Hz的振荡范围下振荡操作参数对停留时间分布的影响。结果表明，在一定的振荡操作参数下反应器内部的径向混合得到增强，可得到停留时间分布方差较小的流动模式。采用无因次准数振荡雷诺数Reo以及斯特劳哈尔准数St表征了振荡操作参数对流动特性的影响，研究发现当斯特劳哈尔准数St为3.891，振荡雷诺数Reo为842.1时停留时间分布方差值仅为0.0115，即该振荡操作参数下，反应器内流态分布接近平推流。本研究还在不同斯特劳哈尔准数St下，将停留时间分布方差与振荡雷诺数Reo进行了关联，拟合结果对停留时间分布方差具有一定的预测作用。　　3.在流场研究的基础上考察了振荡操作参数对双甘膦氧化反应结果的影响，模拟研究了反应器出口双甘膦以及草甘膦浓度变化规律，以及反应器内双甘膦以及草甘膦浓度的轴向分布。结果显示达到振荡稳定的状态时，反应器出口处物料浓度在一个周期内呈周期振荡变化但平均值基本维持不变;模拟工艺条件与实验一致时，模拟得振荡的振幅为1mm，频率为2.4Hz，反应器腔室数80时，出口草甘膦浓度最大，值为0.02297mol·L-1，草甘膦收率为45.94％。在上述的工艺条件下，计算平推流反应器及全混流反应器出口草甘膦收率分别为47.42％及34.42％，评价振荡流反应器效果认为在一定振荡条件下其结果更接近平推流。　　4.为了开发设计出优化的连续化催化氧化双甘膦的生产工艺，根据流体力学模拟结果，使用偏离平推流程度系数α关联不同振荡条件下流态与平推流的偏离程度，采用流程模拟软件Aspen Plus中的RP1ug模块结合偏离平推流程度系数α模拟探究振荡流反应器中真实的双甘膦氧化反应过程，并构建反应部分工艺模拟流程。采用上述工艺模拟流程，对振荡操作参数为振幅1mm，频率2.4Hz下的反应器出口草甘膦以及双甘膦浓度进行优化，优化变量为固定直径下的反应器长度及反应温度、反应压力，对反应器出口草甘膦收率进行多参数整体优化，得到优化结果如下:反应器长度为7.25m、反应温度为48℃、反应压力为0.38MPa时，草甘膦收率最大，值为62.94％。本研究结果很好地模拟优化了该工艺流程，为连续化催化氧化双甘膦生产工艺的优化设计提供了参考。

关键词：有机膦除草剂草甘膦振荡流反应器双甘膦氧化反应流动特性振荡参数

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振荡流反应器中磷钨酸催化合成邻苯二甲酸二甲酯的研究

振荡流反应器中磷钨酸催化合成邻苯二甲酸二甲酯的研究

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作者：刘刚浙江大学

学位级别：硕士

邻苯二甲酸二甲酯被广泛应用于塑料、涂料、杀虫剂、建筑材料及化妆品等领域。目前,在实际生产工艺中,绝大部分以苯酐和甲醇为原料、浓硫酸作为催化剂,采用间歇搅拌釜合成邻苯二甲酸二甲酯。这样的生产工艺主要存在两个问题：第一,采用... 详细信息

邻苯二甲酸二甲酯被广泛应用于塑料、涂料、杀虫剂、建筑材料及化妆品等领域。目前,在实际生产工艺中,绝大部分以苯酐和甲醇为原料、浓硫酸作为催化剂,采用间歇搅拌釜合成邻苯二甲酸二甲酯。这样的生产工艺主要存在两个问题：第一,采用浓硫酸作为催化剂的最大缺点是设备腐蚀严重、污染严重;第二,间歇工艺生产效率低、产品质量不稳定、占地面积大。本课题采用研究较多的Keggin结构杂多酸中酸性最强的磷钨酸作为催化剂,以解决设备腐蚀和污染严重的问题。对于需要很长停留时间的酯化反应而言,在平均流速较低的连续操作条件下,振荡流反应器具有比传统的管式反应器和搅拌釜式反应器更均匀的停留时间分布和优良的传递性能。因此,对振荡流反应器中磷钨酸催化合成邻苯二甲酸二甲酯的研究具有十分重要的意义。鉴于磷钨酸催化合成邻苯二甲酸二甲酯的反应动力学及振荡流反应器中催化合成邻苯二甲酸二甲酯的研究未见报道。本课题对该反应进行了热力学的计算与分析,测定了在温度373.15K-413.15K、催化剂用量为0.5wt%～2.5wt%的范围内,磷钨酸催化合成邻苯二甲酸二甲酯的反应动力学。研究表明,邻苯二甲酸单甲酯和甲醇的酯化反应放热,反应可自发进行,而且是一个典型的可逆反应。该反应为二级反应。从测得的反应动力学方程可以看出,反应的活化能为61.10kJ mol-1,正反应速率常数的指前因子k+0与催化剂的浓度呈线性关系。在测得反应动力学的基础之上,本课题采用计算流体力学方法,对锥环挡板振荡流反应器中磷钨酸催化合成邻苯二甲酸二甲酯的过程进行了数值模拟研究。研究表明,振荡能够加强腔室内各组分的混合。通过对比实验与数值模拟中的反应器出口处邻苯二甲酸单甲酯的浓度发现,两者的相对误差在5%左右,说明本课题建立的数学模型是比较可靠的。此外,数值模拟和实验的结果都证明了,锥环挡板振荡流反应器应用于磷钨酸催化合成邻苯二甲酸二甲酯的连续化生产是可行的。

关键词：邻苯二甲酸二甲酯磷钨酸反应动力学振荡流反应器数值模拟

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