毛細(xì)通道中溶質(zhì)Taylor分散的數(shù)值模擬.pdf

1、在催化反應(yīng)工程中，改進(jìn)常規(guī)多相反應(yīng)器（如淤漿鼓泡床、滴流床反應(yīng)器等）的性能具有重要意義。新型的整體式結(jié)構(gòu)化催化反應(yīng)器具有低壓降、高傳質(zhì)速率和容易放大等優(yōu)點(diǎn)，成為替代傳統(tǒng)多相反應(yīng)器的一個(gè)有吸引力的選擇。本課題以結(jié)構(gòu)化反應(yīng)器為背景，采用計(jì)算流體力學(xué)和軸向擴(kuò)散模型研究結(jié)構(gòu)化反應(yīng)器單通道（毛細(xì)管）內(nèi)單相及兩相流中溶質(zhì)的Taylor分散，以此考察結(jié)構(gòu)化反應(yīng)器單通道的混合特性，以期為此類反應(yīng)器的放大、設(shè)計(jì)和操作提供基礎(chǔ)依據(jù)。 首先，基于Ta

2、ylor分散法，對(duì)不同通道截面（圓形、正方形、三角形）毛細(xì)管中單相Taylor分散進(jìn)行數(shù)值模擬，考察了通道形狀、流動(dòng)速度（在層流下考察）、物性（粘度，擴(kuò)散系數(shù)等）對(duì)于軸向擴(kuò)散系數(shù)的影響。模擬結(jié)果表明，流動(dòng)速度及物性參數(shù)相同的條件下，圓形截面管的流動(dòng)性能優(yōu)于正方形截面管和三角形截面管；正方形截面管的混合性能優(yōu)于圓形和三角形截面管。 其次，對(duì)毛細(xì)管中單相分離流中溶質(zhì)Taylor分散進(jìn)行了數(shù)值模擬，考察了通道中內(nèi)置障礙物形狀、流動(dòng)速度

3、（在層流下考察）、擴(kuò)散系數(shù)等對(duì)于軸向擴(kuò)散系數(shù)的影響。模擬結(jié)果表明：?jiǎn)蜗喾蛛x流中溶質(zhì)Taylor分散的軸向擴(kuò)散系數(shù)隨入口流速、液栓長(zhǎng)度、毛細(xì)管管徑的增加而增大；液膜長(zhǎng)度以及液膜厚度的改變對(duì)軸向擴(kuò)散系數(shù)的影響不大；軸向擴(kuò)散系數(shù)隨分子擴(kuò)散系數(shù)的增加而減??；多個(gè)單元胞的軸向擴(kuò)散系數(shù)隨胞數(shù)的增加而線性增加。 最后，以結(jié)構(gòu)化反應(yīng)器為背景，對(duì)毛細(xì)管中氣液兩相并流中溶質(zhì)Taylor分散進(jìn)行了數(shù)值模擬，考察了表觀氣、液流速、單元胞長(zhǎng)度、液膜厚度、