一种改进型撞击流反应器的研究.pdf

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1、第４３卷第４期化工机械４７９*一种改进型撞击流反应器的研究刘雪晴**鲁录义张燕平黄树红（华中科技大学能源动力工程学院）摘要提出了一种进口速度动态变化的撞击流反应器，其撞击面在中心位置波动，增加了颗粒的有效混合区域，可进一步加强相间的传热传质。并采用计算流体动力学对改进型的撞击反应器进行数值模拟，模拟中采用了三角形和抛物线形两种流型，并与传统直线形流型进行对比分析。分析结果表明，改进型的撞击流反应器中颗粒活动区域得到加强，与经典的撞击流反应器相比有明显的优势。关键词反应器撞击流撞击面运动轨迹数值模拟中图分类号ＴＱ０５２．５文献标识码Ａ文章编号０

2、２５４-６０９４（２０１６）０４-０４７９-０６撞击流是由前苏联学者Ｅｌｐｅｒｉｎ首次提出的粒碰撞区发生剧烈撞击后向四周散开，没有明显使两股等量的气体充分加速固体颗粒后形成的气的颗粒渗入反向流的现象，颗粒在撞击区的混合［５］固两相流同轴高速相向流动并在两加速管的中间区域很小，停留时间过短。李晓蓉采用外部循［１］面即撞击面上相互撞击的构思，撞击流在瞬间环装置对撞击流混合区域进行研究，结果表明流就能达到很高的相间速度，从而可以强化传热传体速度越大，撞击区的宏观混合效果越好，喷嘴间质。目前，撞击流反应可以制取超细粉体，如纳米距也会影响混合时间，但是

3、混合区域在撞击区还［２］［３］［６］材料；撞击流可以促进燃烧，撞击流极高的是较小的。栗晶等采用两相ＰＩＶ同时测量方混合系数可提高气体燃料和固体燃料的燃烧效法，对低载荷气固两相双喷嘴对置撞击射流中的［７］率，提高能源利用率；撞击流技术运用最为成功的颗粒运动特性进行了研究。研究结果表明，低［４］领域是干燥物料，撞击流极高的传热系数和较载荷下撞击射流中的颗粒间碰撞可忽略，颗粒浓高的混合系数可使物料的脱水率大幅提高。度在喷嘴附近达到峰值；惯性使得颗粒轴向速度鉴于撞击流在化工领域具有很大的应用潜在穿入到反向射流前缓慢衰减，之后迅速减小，颗力，多年来许多

4、学者进行了广泛的研究与开发，旨粒在喷嘴入口处的浓度最大，运动到撞击区浓度在拓展撞击流可能的应用途径，并衍生了多种增减少，混合区域变小。广形式的撞击流，如：同轴撞击流、不同轴撞击流由以上分析可以看出，对于标准的撞击流［１］及旋流撞击流等。每种改变可能导致性能方来说，由于颗粒在反向区域内的流动阻力会使面的某些改进或提高，也可能伴随某些负面影响。颗粒实际的混合区域不可能达到整个流动空如几种切向撞击流带来的主要好处是延长分散相间。为了进一步扩大撞击流中颗粒的混合区物料在装置中的平均停留时间，但同时也增加了域，增加颗粒停留时间，笔者提出一种撞击面阻力，

5、导致传递系数并无改善。动态调整的撞击流形式。通过动态改变撞击杜敏和周宾通过改变加料方式、喷嘴间距、气流两股流体的速度，使撞击面在流场中心一定流速度、颗粒加料速率及颗粒粒径等条件，对撞击范围内移动，从而使颗粒的混合区域增加，甚流内的颗粒撞击特性进行，得出了不同条件下的至扩大到整个流场空间，这种情况仍属于文献颗粒运动规律，气固两相撞击流内两股颗粒在颗［１］中所定义的撞击流范畴。*国家重点基础研究发展计划项目（２０１５ＣＢ２５１５０４）。**刘雪晴，女，１９９０年１２月生，硕士研究生。湖北省武汉市，４３００７４。４８０化工机械２０１６年１数学模型项

6、，如多孔介质和自定义源项。撞击流装置由两个反对喷嘴和上下开口的碰为了便于分析，忽略重力的影响且没有源项，撞室组成，如图１所示。撞击流反应器的几何尺所以动量方程可简化为：寸如下：∂∂∂ｐ∂τｉｊ（ρｕ）＋（ρｕｕ）＝－＋（４）ｉｉｊ喷嘴间距Ｓ１００ｍｍ∂ｔ∂ｘｊ∂ｘｉ∂ｘｊ［８］湍流模型采用ＲＮＧｋ-ε模型，与标准ｋ-ε喷嘴直径ｄ１０ｍｍ模型相比ＲＮＧｋ-ε模型通过修正湍动粘度考虑喷嘴长度Ｌ４０ｍｍ了平均流动中旋转和旋流流动的情况，这一点与撞击流反应器高度Ｈ１５０ｍｍ撞击流气体由轴向转变成径向运动相符合。即有：∂（ρｋ）∂（ρｋｕｉ）∂∂ｋ∂ｔ

7、＋∂ｘ＝∂ｘ(αｋμｅｆｆ∂ｘ)＋Ｇｋ＋ρε（５）ｉｊｊ*２∂（ρε）∂（ρεｕｉ）∂∂εＣ１εε∂ｔ＋∂ｘ＝∂ｘ(αεμｅｆｆ∂ｘ)＋ｋＧｋ＋Ｃ２ερｋｉｊｊ（６）μ＝μ＋μｅｆｆｔ２ｋμ＝ρＣｔμε图１计算域示意图其中，ｋ是湍动能，ε是耗散率，μ是动力粘度，μｔ是湍动粘度，Ｇ是由于速度梯度引起的湍动能的产ｋ１．１气相控制方程生项，Ｅ是时均应变率。Ｃ＝０．０８４５，α＝α＝１．３９，ｉｊμｋε为了简化计算，假设入口处的空气为不可压*η（１－η／η０）缩气体，并且忽略重力的影响。流体满足质量守Ｃ１ε＝Ｃ１ε－３，Ｃ１ε＝１．４２，Ｃ２ε＝１．

8、６８，η＝１＋βη恒方程和动量守恒方程。１ｋ１∂ｕｉ∂ｕｊ（２Ｅ·Ｅ）２，Ｅ＝＋，η＝４．３７７，β＝任何形式的流动都满足质量守恒方程，其微ｉｊｉｊεｉｊ２(∂ｘ∂