检索结果-内蒙古大学图书馆

高校化学工程学报 2024年第5期38卷 724-734页

作者：张建伟张昊明董鑫冯颖沈阳化工大学机械与动力工程学院辽宁沈阳110142

为了研究撞击流技术强化水相从煤油相中萃取乙酸,考察操作条件和溶液性质对萃取效果和传质特性的影响,测定液滴分散程度,利用响应面法优化萃取工况。结果表明:随煤油相进口体积流量和相比(水相与煤油相的体积流量比)的增加,分散相液滴... 详细信息

为了研究撞击流技术强化水相从煤油相中萃取乙酸,考察操作条件和溶液性质对萃取效果和传质特性的影响,测定液滴分散程度,利用响应面法优化萃取工况。结果表明:随煤油相进口体积流量和相比(水相与煤油相的体积流量比)的增加,分散相液滴粒径分布范围先缩小后扩大,Sauter平均直径d32先减小后增大。萃取率和总体积传质系数随煤油相进口体积流量的增加、水相黏度的增加和表面张力的减小而先增大后减小,随相比的增加呈先增后减再增加的趋势。各因素对萃取率的影响程度为:相比>煤油相进口体积流量>十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)质量浓度,且交互作用显著。最佳工况下萃取率为93.11%,较传统萃取工艺提高了5.11%。

关键词：撞击流反应器过程强化萃取传质响应面分析

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撞击流反应器内幂律流体流动特性的数值模拟

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化工学报 2022年第11期73卷 4917-4927页

作者：张建伟李保帅董鑫冯颖沈阳化工大学机械与动力工程学院辽宁沈阳110142

采用数值模拟方法对撞击流反应器内幂律流体的流动特性进行研究,分析了不同喷嘴间距和入口流速下清水和不同质量分数幂律流体的径向射流扩展率、径向速度衰减率、剪切应力、表观黏度等分布规律,研究表明:幂律流体中径向射流的径向速度... 详细信息

采用数值模拟方法对撞击流反应器内幂律流体的流动特性进行研究,分析了不同喷嘴间距和入口流速下清水和不同质量分数幂律流体的径向射流扩展率、径向速度衰减率、剪切应力、表观黏度等分布规律,研究表明:幂律流体中径向射流的径向速度分布规律与清水径向射流相似。随喷嘴间距的增大,扩展率增大,径向速度衰减率减小,平均剪切应力呈先增大后减小的变化规律,其中L=3D时平均剪切应力值最大,更利于流体混合。入口流速越大,扩展率越小,径向速度衰减率越大,平均剪切应力也随之增大。幂律流体的平均剪切应力大于清水,且随质量分数的增大,其扩展率增大,为清水扩展率的1.3~3.3倍,而幂律流体的径向速度衰减率从-1.268~-1.125降低到-1.144~-1.082,逐渐小于清水。幂律流体径向射流区域的剪切应力呈“M”形分布,表观黏度则呈“W”形分布,流体的流变性质对撞击流反应器内流体的流动规律影响显著。

关键词：撞击流反应器数值模拟幂律流体径向射流流动特性

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基于场协同原理的涡发生器强化撞击流反应器混合性能分析

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工程科学与技术 2024年第6期56卷 283-292页

作者：张建伟尹祖彪董鑫冯颖沈阳化工大学机械与动力工程学院辽宁沈阳110142

为了提高撞击流反应器的混合性能,采用数值模拟的方法分析了置入矩形翼涡发生器后撞击流反应器内的流场特性与混合特性,并且优化了矩形翼涡发生器参数。研究了矩形翼涡发生器尺寸参数与位置参数对撞击流反应器混合强度的影响,以及涡发... 详细信息

为了提高撞击流反应器的混合性能,采用数值模拟的方法分析了置入矩形翼涡发生器后撞击流反应器内的流场特性与混合特性,并且优化了矩形翼涡发生器参数。研究了矩形翼涡发生器尺寸参数与位置参数对撞击流反应器混合强度的影响,以及涡发生器位置参数对反应器内速度分布和湍动能分布的影响,运用传质场协同原理分析了设置矩形翼涡发生器和未设置矩形翼涡发生器的撞击流反应器内速度场和浓度场的协同性。结果表明,随着径向间距r的增加混合强度呈现出先增后减的趋势,当翼宽h、转轴间距d和迎流攻角β逐渐增加时混合强度波动变化,在矩形翼涡发生器的翼宽h=10 mm,转轴间距d=8 mm,径向间距r=30 mm,迎流攻角β=30°时,反应器内混合强度最大,得到的混合效果最佳;在两股流体充分撞击的情况下,撞击流反应器内径向射流区域的速度分布呈现为“双峰”分布规律,涡发生器位置参数的改变可以提高径向速度,在转轴间距d=8 mm、迎流攻角β=30°时径向速度最高,反应器内径向射流区域的湍动能分布呈现出“单峰”分布规律,但涡发生器位置参数的变化对于湍动能分布的影响不大;从场协同的角度分析可知,矩形翼涡发生器的加入改变了撞击流反应器内径向射流的速度大小和方向,进而改善了撞击流反应器内速度场与浓度场的协同性,提高了撞击流反应器的混合性能。

关键词：撞击流反应器场协同理论矩形翼涡发生器数值模拟混合强度

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基于卷积神经网络的撞击流反应器浓度场混合特性

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化工进展 2023年第2期42卷 658-668页

作者：张建伟许蕊张忠闯董鑫冯颖沈阳化工大学机械与动力工程学院辽宁沈阳110142

基于PLIF测试技术结合卷积神经网络技术提出混合性能预测方法,分析水平对置撞击流反应器浓度场混合特性,能准确预测其内部浓度场的混合均匀度及混合时间。基于卷积神经网络构建了混合性能预测模型,利用水平对置撞击流反应器浓度场实验... 详细信息

基于PLIF测试技术结合卷积神经网络技术提出混合性能预测方法,分析水平对置撞击流反应器浓度场混合特性,能准确预测其内部浓度场的混合均匀度及混合时间。基于卷积神经网络构建了混合性能预测模型,利用水平对置撞击流反应器浓度场实验数据对构建的模型进行有监督地训练并进行预测,预测结果显示对混合均匀度的预测准确率达95%,计算效率提高了99.99%。为更好地理解混合性能预测模型对混合均匀度的预测机理,本文对其卷积层输出进行可视化处理,通过功率谱分析卷积核的响应给出了撞击流反应器浓度场特征提取的物理解释。最后利用预测模型搭建混合均匀度快速获取系统并应用于撞击流混合特性研究。所提出的基于卷积神经网络的预测模型可以有效分析水平对置撞击流反应器的混合特性,预测模型可靠、适用范围广,为深度学习算法应用于撞击流领域提供了方案经验。

关键词：撞击流反应器卷积神经网络混合浓度场预测

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撞击流反应器流场数值模拟及其混合性能优化

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过程工程学报 2022年第9期22卷 1244-1252页

作者：张建伟牛聚超董鑫冯颖沈阳化工大学机械与动力工程学院辽宁沈阳110142

利用数值模拟方法分析多喷嘴对称撞击流反应器内部流场以优化反应器结构。研究不同喷嘴数和进料条件对撞击流反应器内速度场、湍流特性及混合效果的影响。结果表明,不同喷嘴数撞击流反应器内流速分布为双峰型,等流速工况下速度梯度随喷... 详细信息

利用数值模拟方法分析多喷嘴对称撞击流反应器内部流场以优化反应器结构。研究不同喷嘴数和进料条件对撞击流反应器内速度场、湍流特性及混合效果的影响。结果表明,不同喷嘴数撞击流反应器内流速分布为双峰型,等流速工况下速度梯度随喷嘴数增加而减小,高剪切力分布范围随喷嘴数增加先增大后减小。通过分析湍流尺度分布发现小尺度涡旋主要集中在撞击区,而大尺度涡旋主要集中在发展区,且四喷嘴撞击流反应器平均剪切应力及涡旋尺寸梯度最大,四喷嘴结构更有利于增强流体湍动强度并强化混合。撞击流反应器内平均湍动能随喷嘴数增加先增大后减小,其中四喷嘴撞击流反应器内平均湍动能最大。当撞击流反应器为四喷嘴结构时,其混合效果最好,完全混合时间最短为22 s。在本研究工况内四喷嘴结构为撞击流反应器混合的最优结构。

关键词：数值模拟撞击流反应器剪切力湍动能优化混合

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柱形涡发生器强化撞击流反应器流场特性的数值模拟

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过程工程学报 2023年第5期23卷 672-680页

作者：张建伟魏宏文董鑫冯颖沈阳化工大学机械与动力工程学院辽宁沈阳110142

利用数值模拟方法分析设有柱形涡发生器的撞击流反应器的流场特性,优化了柱形涡发生器的尺寸与位置参数,考察了柱形涡发生器尺寸与位置参数对撞击流反应器流场结构、速度分布、湍流尺度和混合性能的影响。结果表明,柱形涡发生器直径D=10... 详细信息

利用数值模拟方法分析设有柱形涡发生器的撞击流反应器的流场特性,优化了柱形涡发生器的尺寸与位置参数,考察了柱形涡发生器尺寸与位置参数对撞击流反应器流场结构、速度分布、湍流尺度和混合性能的影响。结果表明,柱形涡发生器直径D=10 mm时,反应器内旋涡数量最多,涡系影响范围最广;D<10 mm时,旋涡数量减少;D>10 mm时,涡系影响范围减小。柱形涡发生器横向间距的增加使反应器内旋涡数量减小,涡系影响范围增大。随着柱形涡发生器横向间距、纵向间距的增加,撞击流反应器径向流速、湍流尺度和混合强度均先增大后减小。当柱形涡发生器横向间距K=5 mm、纵向间距J=70 mm时,撞击流反应器混合效果最佳。

关键词：撞击流反应器数值模拟涡发生器混合强度湍流尺度

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基于IDDES方法的受限撞击流反应器流动及混合特性

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中国科学院大学学报（中英文） 2024年第2期41卷 165-175页

作者：金琳娜曹玉会中国科学院大学工程科学学院北京100049

采用基于SSTk-ω模型的IDDES方法对CIJR内部的流动及混合过程进行数值模拟研究,较完整地识别了流场不同区域的大尺度涡结构,探讨了涡结构的生成和演化机制。讨论涡结构对相平均温度场和热通量场的影响,揭示了混合机理。研究结果表明:2... 详细信息

采用基于SSTk-ω模型的IDDES方法对CIJR内部的流动及混合过程进行数值模拟研究,较完整地识别了流场不同区域的大尺度涡结构,探讨了涡结构的生成和演化机制。讨论涡结构对相平均温度场和热通量场的影响,揭示了混合机理。研究结果表明:2股射流向圆顶区的交替偏转导致动量不相等,射流剪切层的自持振荡伴随涡旋的周期性运动,因此驻点出现周期性偏移现象。下游发展区K-H不稳定性的发展卷起大尺度展向涡。撞击区的流向涡对混合的促进作用局限在腔室轴线附近,下游发展区的展向涡能够激发大规模的热量输运,从而有效强化混合。

关键词：撞击流反应器 IDDES方法涡结构流动特征混合特性

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撞击流反应器内涡特性研究进展

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化工进展 2021年第11期40卷 5883-5893页

作者：张建伟高伟峰冯颖张一凡董鑫沈阳化工大学机械与动力工程学院辽宁沈阳110142

撞击流技术具有良好的混合效果,广泛应用于能源、环保、化工等工程领域。由于撞击流反应器流场内存在大量无序的湍流涡结构,使其具有良好的混合效果。本文基于撞击流的混合原理,详细叙述了撞击流反应器内不同混合尺度下的混合过程以及... 详细信息

撞击流技术具有良好的混合效果,广泛应用于能源、环保、化工等工程领域。由于撞击流反应器流场内存在大量无序的湍流涡结构,使其具有良好的混合效果。本文基于撞击流的混合原理,详细叙述了撞击流反应器内不同混合尺度下的混合过程以及涡的演变对混合的影响。结合实验和数值模拟等研究结果,阐述了不同类型撞击流反应器和撞击流反应器多相流场涡特性,归纳了撞击流反应器流场涡的特点。论述了撞击流反应器涡的产生和脱落机理。着重对圆柱射流、平板射流和撞击流流场内涡特性的本征正交分解(POD)分析进行总结,利用流场能量的角度揭示涡演化和消散规律。最后,对开发新型撞击流反应器、优化分析方法等研究前景进行展望。

关键词：撞击流反应器混合流场特性流场涡特性本征正交分解(POD)

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撞击流反应器内幂律流体的流动与混合特性研究

撞击流反应器内幂律流体的流动与混合特性研究

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作者：李保帅沈阳化工大学

学位级别：硕士

撞击流技术具有提高流体混合效果和强化相间传递的独特优势,现已应用于多个工业领域。例如,在食品生产领域中,常使用撞击流技术促进流体混合,而食品生产过程中所用的一些流体往往表现出幂律流体性质,该性质对流体的流动及混合规律影响显... 详细信息

撞击流技术具有提高流体混合效果和强化相间传递的独特优势,现已应用于多个工业领域。例如,在食品生产领域中,常使用撞击流技术促进流体混合,而食品生产过程中所用的一些流体往往表现出幂律流体性质,该性质对流体的流动及混合规律影响显著,因此,研究撞击流反应器内幂律流体的流动与混合特性,对新型撞击流反应器的设计和优化具有积极意义。本文借助数值模拟和实验方法对不同结构参数、操作条件和液相物性下撞击流反应器内流体流动规律和混合特性进行研究,详细内容如下: （1）利用数值模拟方法对不同流变特性、喷嘴间距、入口流速下撞击流反应器内速度场进行分析,发现清水和幂律流体径向射流的速度分布均呈双峰型,不同浓度幂律流体径向射流各截面上的无量纲化径向速度呈高斯型分布,表现出自相似性。（2）对不同流变特性、喷嘴间距及入口流速下撞击流反应器内径向射流的扩散和速度衰减特性及剪切应力、表观黏度分布进行研究,结果表明,随喷嘴间距增大,径向射流扩展率增大,径向速度衰减率减小,平均剪切应力呈先增大后减小的变化规律,当喷嘴间距L=3D时平均剪切应力值最大,更利于流体混合。入口流速越大,扩展率越小,径向速度衰减率越大,平均剪切应力也随之增大。随着幂律流体浓度增大,径向射流扩展率增大,约为清水扩展率的1.3～3.3倍,而径向速度衰减率从-1.268～-1.125降低到-1.144～-1.082,逐渐小于清水。增大流性指数和稠度系数,扩展率和平均剪切应力均随之增大,而径向速度衰减率逐渐减小。清水和幂律流体的高剪切应力均集中在撞击区和径向射流区,幂律流体在径向射流区的剪切应力呈双峰分布,表观黏度呈多峰分布,流体流变特性对反应器内流体的流动规律影响显著。（3）对撞击流反应器内清水和幂律流体在不同工况条件下的混合效果及浓度场分布特征进行数值模拟研究,发现清水与幂律流体均表现出流体在撞击区发生混合,再向周围逐渐扩散,随后发生二次混合的混合规律,但幂律流体的混合强度小于清水,混合效果相比于清水较差,增大幂律流体浓度不利于流体快速混合。研究流体的浓度概率密度分布函数（PDF）分布范围发现,清水和幂律流体在L=3D时的浓度PDF主要集中在平衡浓度附近且分布范围相较于L=D和L=5D时更窄,流体混合更加充分。入口流速的变化对流体浓度分布特征的影响具有区域性,在撞击区域,u0=1.77m/s时的浓度PDF分布范围相较于u0=1.3m/s和u0=2m/s时更窄,流体混合效果更好,而在远离撞击区的流体区域,较大的入口流速利于流体的混合。通过研究浓度PDF峰值位置的变化发现,撞击流反应器内混合流体在撞击区域以小尺度涡流为主要运动形式,随着径向及水平距离增加,流体混合主要由集中在径向射流两侧及偏远流体区域的大尺度涡旋结构主导。

关键词：撞击流反应器数值模拟幂律流体流动特性浓度场

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撞击流反应器流场数值模拟分析与氢氧化钙纳米粉体制备研究

撞击流反应器流场数值模拟分析与氢氧化钙纳米粉体制备研究

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作者：牛聚超沈阳化工大学

学位级别：硕士

撞击流反应器(ISR)由于两股流体在撞击区撞击形成高度湍动区,而具有强烈的微观混合及高效的传质效率。作为一种高效快速的反应装置,能在撞击区快速形成过饱和溶液,为制取氢氧化钙纳米粉体提供较好的反应场所,并且结构简单有利于大规模... 详细信息

撞击流反应器(ISR)由于两股流体在撞击区撞击形成高度湍动区,而具有强烈的微观混合及高效的传质效率。作为一种高效快速的反应装置,能在撞击区快速形成过饱和溶液,为制取氢氧化钙纳米粉体提供较好的反应场所,并且结构简单有利于大规模制备纳米粉体。因此本文分析了撞击流反应器内部流场特征及混合效果,并采用反应沉淀法,以Na OH和Ca Cl为原料,利用单因素实验及响应面分析方法得到制备Ca(OH)纳米粉体最优工艺条件。具体研究工作如下:(1)利用RNG k-ε模型对撞击流反应器及传统搅拌器内部流场进行数值模拟,分析了撞击流反应器内速度、剪切应力、涡量、湍流尺度和湍动能分布,最后利用混合均匀度分析在相同条件下两种反应器的混合效果。结果表明,相较于传统搅拌器,撞击流反应器的完全混合时间减少了15%,混合效果较好。(2)采用单因素分析法,利用撞击流反应器制备Ca(OH)纳米粉体,分别考察分散剂类型、分散剂用量、循环流量Q(L/h)、反应物浓度比c(OH:Ca)、反应温度T(℃)及循环时间t(min)等六个因素对Ca(OH)纳米粉体粒径的影响。结果表明不同反应条件对粒径的影响程度相差较大,其中分散剂类型、循环流量Q及反应循环时间t对粉体粒径的影响较小,而分散剂用量、反应浓度比c和反应温度T对粉体粒径的影响较大。(3)在单因素实验结果的基础上,以分散剂用量、反应浓度比c和反应温度T等三个对粒径影响较大的因素设计响应面实验,由响应面曲线图分析得出最优工艺条件。结果表明反应浓度比c对所制备的氢氧化钙纳米粉体粒径的影响大于反应温度T与分散剂用量,而分散剂用量与反应温度T对氢氧化钙纳米粉体粒径的影响则相差较小。最优工艺条件是分散剂类型为PEG6000、分散剂用量为3.3%、Q=1000L/h、c=1.88、T=46.68℃和t=60min,在此工艺条件下所制备的Ca(OH)纳米粉体粒径为107.67nm。(4)利用扫描电镜、X射线电子衍射仪、热重分析仪和红外分析仪对最优工况下制备的Ca(OH)纳米粉体的形貌、成分以及热分解性进行分析,结果表明所制备的Ca(OH)纳米粉体样品纯度较高,晶体结构好,且粉体较为分散,呈现较为明显的六角片状晶型,热分解性较好。

关键词：撞击流反应器数值模拟反应-沉淀法纳米粉体氢氧化钙响应面法

来源：评论

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