2016年度化工学院科研成果及研究进展展示之三: 流体混合与反应器工程科研团队

来源:betway必威官网手机版 时间:2017-01-03阅读次数:4

2016年度化工学院科研成果及研究进展展示之三:

流体混合与反应器工程科研团队


1、颗粒与液相相间作用机理的研究

(1) 气-液两相的相间作用

连接型气泡是气泡从接触到完成聚并过程中常见的亚稳状态,是气泡液膜发生变化的必经阶段。通过对高粘度流体中连接型气泡的研究,可以放慢液膜消逝的速度,延长分析和测试的时间尺度,降低气泡聚并过程液膜变化测试的难度并相应的提高精度。高正明教授团队通过对连接型气泡运动过程中气泡体积、尺寸比以及连续相粘度对其形成和运动的影响,提出了预测其上升速度和相界面积的模型。同时,通过对连接型气泡形成过程中气泡速度、形态、界面的变化,提出了连接型气泡运动中的曳力模型及气泡间作用力模型。相关研究结果发表在Can. J. Chem. Eng. (2016, 94, 1583-1591)等期刊上,该研究成果也是在与澳大利亚纽卡斯尔大学G. M. Evans教授联合开展的基础上完成的。

   连接型气泡形成全过程的速度变化特征     连接型气泡上升过程中的气泡间作用力

(2)液滴之间及其与周围液相之间的相互作用

与气泡的行为具有类似性,共轴线上升的双液滴在形成连接型液滴之前的行为也经历了如下图所示的特征变化。在液滴上升并且相互作用的过程中,可以用两种方法描述液滴的变化:形貌法和能量法。此外,研究中还提出了共轴线上升的双液滴曳力系数模型。该研究成果发表在Chin. J. Chem. Eng. (2016, 24, 1325-1334)等期刊上。

          共轴线上升液滴的能量变化     共轴线上升液滴的曳力系数模型构建

(3) 液-液搅拌反应器中的CFD-PBM数值模拟

液-液搅拌反应器也是工业中常见的多相流反应器类型,研究室与意大利都灵理工大学的D. Marchisio教授开展合作,重构了压力泊松方程和群体平衡模型中的矩传输方程,优化了矩转置并行算法,提出了一套稳定高效的适用于液-液分散体系的数值方法并将其植入到OpenFOAM中。基于CFD-PBM耦合算法,使用了不同的破碎模型考察了操作条件、物性、反应器规模等对低离散相相含率液-液分散体系中液滴破碎特性的影响规律。相关研究成果发表在Chem. Eng. Sci. (2016, 142, 277-288)等期刊上。

     搅拌反应器中液滴的d_32分布 搅拌反应器中平均Sauter直径随时间历程的变化

2、气-液热态相间传质的机理、模型和工业应用

气-液搅拌反应器是石油化工等过程工业中的重要反应器类型,其性能的优劣关系到反应装置的能耗及产品质量。流体混合与反应器工程研究室在以往多年常温下气-液两相搅拌反应器传质性能的基础之上,继续对热态气-液两相凝并体系中多种三层组合桨的传质性能进行了实验研究和模型构建。通过多相态、多条件的实验研究,提出了不同组合桨形式下的功率消耗、容积传质系数、相界面积模型,研究成果成功用于热塑性弹性体SEBS加氢过程中。该成果发表在J. Chem. Technol. Biotechnol. (2016, 91, 2638-2645)等期刊上。

            功率消耗曲线                   传质系数模型