试析振荡流混合器流场模拟研究

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1、浙江大学硕士学位论文振荡流混合器流场模拟研究姓名：李伟申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：吴嘉2002.3.1浙江大掌硕士掌位论文Y423342摘要—～r弋振荡流混合器(osci¨atoryFlowMixer，缩写为OFM)是一种新型的化1。过程{设备。它有很好的质量、热量传递性能，并且工艺过程容易控制，町以应用存化工生产中的很多领域中去。如粒子的悬浮分离、絮凝工艺、化T反应器等等。凶此引起了人们很大的研究兴趣，并且也产生了一些很有意义的研究效果。随着计算机技术的飞速发展，计算机模拟技术已经逐渐成继实验之后的又⋯中有效的研究方法。计算流体力学(

2、CFD)模拟计算越来越受到人们的重视，已经广泛应用到化学工程的各个领域当中，为工程研究做出了很大贡献。本文利用CFD技术，对OFM中的流场分布进行模拟研究，探讨对振荡流场具有决定性影h／，响的两个因素——振荡雷诺数和St准数对振荡流场行为的影响。y，本文的工作集中在层流流态下，净流量为零时，OFM流场的分币i情况。文中分二维和三维情况来对OFM的流场进行模拟。在振荡雷诺数极低的情况下，OFM的流场分布是轴对称的，在此情况下采用二维模拟可以火大地节约模拟计算时间。随着振荡雷诺数的增大，流场呈非轴对称分布，用二维模拟不能得到正确的结果，这时必须采用三维模

3、拟。在二维模拟中，主要研究了OFM流场随时间变化情况，结果表明，甚至在小振荡雷诺属下，OFM中也存在尺度不断变化的漩涡，从而使得OFM具有良好径向混合能力；在流场分布为轴对称的情况下，不同周期相同相位，流场白，J分布状况出现周期性重现。本文首次实现了对OFM流场的三维模拟，并成功地模拟了OFM流场由轴对称转变为非轴对称的现象。通过研究了三维流场随振荡雷诺数的变化情况，发现当斯特劳数为1、振荡雷诺数在200左右时，OFM流场由轴对称分却转化成非轴对称分布。这一结果与前人的实验观察结果相符。在非轴对称情况下，OFM的流场分布在不同周期的相同相位，没有出现

4、周期性重现。本文的工作为进一步的研究打下了良好基础。关键词：OFM，数值模拟，振荡流动，速度场浙江大学硕士掌位论文ABSTRACTOscillatoryFlowMixer(OFM)isanewtypeofdevicesinChemicalEngineeringProcess，whichhasagoodperformanceinheatandmasstransport．AndtheprocessinanOFMisveryconvenienttocontr01．IthaswidepotentialusagesinmanyChemicalEngineeri

5、ngProcesses，suchasparticlesuspensionandseparation，flocculationprocessandchemicalreactor．Quiteafewresearchershaveshowedgreatinterestinitandmanysignificantresultshavebeenachieved．Witlltherapiddevelopmentofcomputertechnology,numericalsimulationtechniquebecomesanefficientmethodfors

6、cientificresearch．ComputationalFluidDynamics(CFD)simulationhasbeenwidelyusedinmanyfieldsofChemicalengineeringandhascontributedalottotheR&Dwork．Inthispaper,numericalsimulationtechniquewasusedtostudytheoscillatoryvelocityfieldsinOFM．Theworkfocusontheinfluenceoftwocrucialfactors--

7、oscillatoryReynoldsnumberandStnumberonthebehaviorof0FM．Inthestudy,aseriesofcasesoftwo--dimensionalandthree·-dimensionalvelocityfieldinan0FMWassimulatedundertheconditionsoflaminarflowandzeronetflowwerestudied．WhentheoscillatoryReynoldsnumberisverylow,thevelocityfielddistribution

8、isaxis—symmetric．Sothetwo—dimensionalsimulationisusedt