喷射反应器的数值模拟、优化及放大研究

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1、?83I▲鼻■大，硕士研究生学位论文论文题目：IJ∞利反心擀的龇仙横_

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3、_l姓名指导教师学科专业专业代码研究方向赵红妹郑世清．毕荣山老师化学工程过程系统下程喷射反应器的数值模拟、优化及放大研究摘要喷射器是利用射流紊动扩散作用传递能量和质量的流体机械设备，用作反应设备的喷射器具有强化流体混合、加快反应进程和改善反应的选择性等优点，，11泛应用于国民生产的各个行业。目前，国内外对喷射反应器的研究大都集中在其动性能方面，而对其反应性能和放大规律的研究很少。准确、全面地了解喷射反应器内的流场信息，有助于进一步掌握喷射反应器的特性规律，为其优化设计和工程放大提供良好

4、的依据。首先，本文借助于流体力学模拟软件CFX5对喷射反应器进行了三维数值模拟，给出喷射反应器的内部流场、压力场、组分浓度场等信息，并以酸碱快速反应体系为例，详细地分析了喷射反应器结构尺寸(扩散段角度、喷嘴／混合段直径比及喷嘴位置)对流动混合特性、阻力分布及反应行为的影响规律。结果表明：(1)扩散角度越小，喷射反应器内流体混合越好，相同截面上转化率越高，但同时喷射器的阻力也越大，需要消耗的动能越多；(2)喷嘴／混合段直径比存在一个最优值O．35，大于该值，则喷射反应器内相同截面上转化率变低，而小于该值则会消耗更多的动能但转化率不会进一步提高：(3)喷嘴出口离

5、混合段距离越远，反应越先完成，喷嘴出口位置与吸入管中心在同一平面时反应效果最好。其次，本文还对喷射反应器的放大效应进行研究，研究结果表明：根据速度相似原则放大的喷射反应器的反应性能远远不如原始喷射器的性能，而雷诺数相似原则用于喷射反应器的放大也不能满足要求。采用同时增大流速和结构尺寸(也即增大雷诺数)的方法放大喷射反应器并对其进行模拟，找出最佳放大效果时的数据，然后用最小二乘法将模拟结果进行回归，得到喷射反应器的放大规律：在同时改变速度和雷诺数的情况下，总是存在一个最佳的速度比能够满足放大要求，这个速度比随着基准情况下流速的增加和喷嘴直径的增加而增大。最后，

6、本文运用前述放大规律成功得为某厂进行的工艺改造中试试验设计了一个喷射反应器，现场试验表明，该喷射反应器运行良好，取得了满意的效果。关键词：喷射反麻器数值模拟优化放大计算流体力学(CFD)STUDYONTHENUMERICALSIMULATION．OPTIMlZATl0NANDSCALE—UPOFJETREACTORABSTRACTEjectorisamechanismwhichisusedtotransferenergyandmassthrou曲theturbulentdissipation．Asareactor,ejectorcallintensifymi

7、xingprocess，promotereactionprocessandimprovetheselectivityofreaction．Becauseofthesemerits，jetreactorisemployedinallwalksofindustries，Atpresent，theresearchonjetreactorathomeandabroadmostlyhasfocusedonthecharacteristicsofflow，butlessworkhasbeendoneonthereactioncharacteristicsandscale

8、—uplaws．UnderstandingtheflowfieldinformationofthejetreactorindetailsCallhelpmasterthecharacteristicsofjetreactorfurtherandprovidereferencesfortheoptimizationandscale—upofthisequipment．Atfirst，jetreactorwassimulatedwith3-Dmodelinthispaperwiththehelpofcomputationalfluiddynamicssoftwa

9、reCFX5．Itofferedmuchinformationabouttheirulerflowfield．pressurefieldandcompositionconcentrationfield．Theeffectsofconfigurationsizeonflowcharacteristics，resistancedistributionandreactionbehaviorwereanalyzedindetails．Theconfigurationsizesincludeangleofdiffusersection，theratioofdiamet

10、erbetweennozzleandmixingse