酯交换反应多相体系内超声空化的数值模拟研究

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1、酯交换反应多相体系内超声空化的数值模拟研究Numericalsimulationofultrasoniccavitationinthemultiphasetransesterificationsystem2014年6月独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中己注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果，也不包含为获得江苏大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明

2、的法律结果由本人承担。学位论文作者签名．牢痧咿．≯石，午年占月，。日学位论文版权使用授权书江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊(光盘版)电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致，允许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入《中国学位论文全文数据库》并向社会提供查询，授权中国学术期刊(光盘版)电子杂志社将本论文编入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》并向社会提供查询。论文的公布(包括刊登)授权江苏大学研究

3、生处办理。本学位论文属于不保密d。学位论文作者签名：茅彩≯缈时≥研午年易月厂≥日指江苏大学硕士学位论文摘要随着能源危机和环境污染问题的日益严峻，超声波应用于酯交换反应制备生物柴油已成为近年来研究的热点。故课题组前期采用市售固体碱铝氧单钠为催化剂，结合超声波技术，对生物柴油的制备过程进行实验研究，结果表明：超声波大大强化了生物柴油的合成，可以作为辅助制备生物柴油的重要手段。超声波对酯交换反应的强化主要是通过空化效应来进行的，而空化效应的强弱主要是通过气泡的运动、溃灭等动力学过程所决定的。因此，开展酯交换反应中空化行为的研究具有十分重要的理论和

4、实际参考意义。本文在筒述了超声空化研究的实验方法和数值方法，总结了国内外在单泡数值研究和单泡动力学研究的进展的基础上，对超声波强化酯交换反应的作用机制、超声波强化多相体系的传质模型、超声波对反应过程强化的作用机理及影响因素进行了分析。通过理论分析，推导出多相体系内单一空化气泡运动方程，建立相应的动力学模型，联立空化泡溃灭时泡内温度及压力与声压幅值和主体温度的关系式，采用IVLAⅡ'LAB对其进行数值计算，考察声源参数和介质参数对空化效应的影响。结果表明：随着超声频率的减小，空化泡振幅增大，溃灭温度和压力增大，空化效应增强；随着超声幅值的增大

5、，空化泡幅值增大，渍灭温度和压力先增加后减小，空化效应先增强后减弱；随着空化泡初始半径的减小，空化泡幅值、溃灭温度和压力都增加，空化效应增强；随着主体温度升高，溃灭温度和压力都降低，空化效应减弱；随着绝热指数增大，溃灭温度升高，压力减小，空化泡振幅变化幅度小。基于气一液两相模型、湍流模型和完全空化模型，本文利用Fluent软件对单频超声和双频复合超声作用下空化流场进行了模拟，结果表明：单频超声波振动作用下能短时间形成稳定流场，振子正上方的运动比较激烈，内部形成两个对称的回流区，这样的流场搅拌效果可以促进反应物的混合。双频超声下形成稳定的流场

6、的时间更短，流场可以形成两对对称的环流区，与单一超声相比，这样更有利于混合。关键词：超声空化，酯交换反应，数值模拟，生物柴油，双频酯交换反应多相体系内超声空化的数值模拟研究II江苏大学硕士学位论文ABSTRACTWiththeenergycrisisandtheincreasinglyseriousenvironmentalpollutionproblems，ultrasoundapplicationinbiodieseltransesterificationhasbecomeafocusinrecentyears．Usingmonosod

7、iumaluminumoxideinsolidbaseasacatalystwhichwascommerciallyavailable，combinedwithultrasonictechnology,theprocessofproducingbiodieselexperimentalstudywascarriedout．TheresultsshowedthatultrasonicCallgreatlyenhancethesynthesisofbiodiesel，thusitcallbeusedasanauxiliarybiodiesel．

8、U1trasoundonthekineticsofthetransesterificationreactionismainlyenhancedbycavitationtocarr