振幅对新型过程强化装置强化效果的影响*

邹韶明　黄磊　朱瑞林

（江西工程学院）　（湖南师范大学工学院)



振幅对新型过程强化装置强化效果的影响*

邹韶明**黄磊朱瑞林

（江西工程学院）（湖南师范大学工学院)

针对一种新型过程强化装置，通过数值模拟分析了振幅对过程强化装置流场参数的影响，找到了过程强化装置的振幅和强化效果之间的关系。

振幅数值模拟过程强化扰动装置流场参数

在化工设备中，扰动装置的振幅对其中的流体的流场有很大影响，流场的扰动同时又会影响到过程强化的效果。本文对一种新型过程强化装置进行数值模拟，研究了不同振幅时装置流场相关参数的变化情况。通过对这些参数的分析处理，得出了强化装置的振幅对于过程强化效果的影响。

1　新型过程强化装置简介

新型过程强化装置[1-2]如图1所示，其技术方案是通过在过程设备上设置与之配合的机械振荡装置，使过程设备内的流体形成紊流或充分混合，以强化工艺过程。

本文运用Fluent软件建立了该强化装置的参数化模型，并对其流场进行了数值模拟。根据数值模拟的结果比较了不同振幅下流场参数的变化情况，分析了振幅对于强化效果的影响。

2　仿真模型建立

选用圆环形挡板，利用Fluent建立该装置的三维模型。取装置中的一节 （两相邻挡板间的空间）作为研究对象，采用Gambit中的自适应混合网格进行网格划分，如图2所示。选用有限体积法和RNG资-ε计算模型[3-4]进行计算，对过程强化装置采用不同挡板间距时的流场进行分析。

3　不同振幅下流场参数的变化情况

下面分析不同振幅下流场参数的变化情况。取圆形开孔，开孔率为0.5，频率取5 Hz，进口流速为 0.007 072 64 m/s，即流量为 50 L/h。分别在XOZ平面、YOZ平面以及Z＝75 mm平面上取均匀分布的1525个观测点，分析这些平面上各参数随着振幅而变化的情况，并运用统计学知识，对1525个点的相关参数进行数据处理，得到各个流场参数 （平均速度、径向速度、涡度、雷诺数）随装置的变化情况，如图3～图6所示。

图1　新型过程强化装置

图2　筒体的网格划分

图3　不同振幅时筒体内纵截面和中间横截面上流体平均速度的变化

图4　不同振幅时筒体内各平面上径向速度的变化

图5　不同振幅时筒体内各平面上涡度的变化

图6　不同振幅时筒体内各平面上雷诺数的变化

图3～图6明显地反映了流场中流体质点各参数随强化装置振幅而变化的情况。当强化装置的振幅增加时，流场内流体质点的平均速度、径向速度、涡度以及雷诺数均随着振幅的增大而增大，其最大值也随着振幅的增大而增大。这表明，当装置振幅增大时，装置内流体质点的运动变得更加剧烈，其湍动程度增加。这种现象可以用能量守恒的观点来解释：当在其他条件均为一定时，增大装置振幅意味着在相同时间内筒体中流体质点获得了更多的能量，其动能随之变大，其运动变得更为剧烈。因此可以通过调节过程强化装置的振幅来控制流场中流体的总速度分布和径向速度的分布，从而得到所需要的流场分布状态。通常情况下，希望获得较大的雷诺数以强化过程中的传热和传质，但是考虑到该装置的振幅的变化有一定的范围，其振幅不可能无限地增大，而且有些强化过程明确要求流体的湍动程度不能过大，因此需要根据实际的过程强化要求来确定装置所需的振幅。

4　结论

本文利用数值模拟的方法，分析了新型过程强化装置的振幅对流体流动中各个参数的影响，得出了装置振幅和流场参数之间的关系：在新型过程强化装置中，随着强化装置的振幅的不断增大，流场内各质点的速度、涡度以及雷诺数都随着振幅的增大而增大，流体的流动变得越来越活跃，强化效果越来越好。

[1]朱瑞林.一种新型振荡流强化反应器制备生物柴油的探讨 [J].化工装备技术,2013，34(4)：8-10.

[2]朱瑞林.一种工艺过程的强化技术及其装置：中国，200510031285.6[P].

[3]Feiz A A,Ould-Rouis M,Lauriat G.Large eddy simulation of turbulent flow in a rotating pipe[J]. Interational Journal of Heat and Fluid Flow,2003,24(3): 412-420.

[4]Ivan M,Pierre S.Large eddy simulation of floe around an airfoil near stall[J].AIAA Journa1,2002,40(6):1139-1145.

Effect of Amplitude on Strengthening Result of New-type Process Intensification Device

Zou ShaomingHuang LeiZhu Ruilin

The effect of the amplitude on the flow field parameters of a new-type process intensification device is analyzed through the numerical simulation so that the relationship between the amplitude and the strengthening result is obtained.

Amplitude；Numerical simulation；Process intensification；Interruption device；Flow field parameter

压力容器

TQ 050.1DOI：10.16759/j.cnki.issn.1007-7251.2016.06.008

2015-08-26）

*江西省教育厅科学技术研究项目（GJJ14815）资助。

**邹韶明，男，1983年生，硕士，讲师。新余市，338000。