【摘要】：旋轉(zhuǎn)圓盤反應(yīng)器(Spinning disk reactor,SDR)通過圓盤旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力場(chǎng),使液體在離心力的作用下在圓盤表面上以快速鋪展的液膜形式在圓盤表面流動(dòng)。圓盤表面對(duì)液膜的剪切作用加速了液膜的表面更新,強(qiáng)化了液膜的傳質(zhì)、傳熱效率,已經(jīng)用于納米材料制備、催化反應(yīng)、聚合反應(yīng)、生物柴油制備等過程。旋轉(zhuǎn)圓盤是SDR的核心部件,圓盤表面結(jié)構(gòu)特性直接影響SDR內(nèi)液體的流動(dòng)及液體分散狀態(tài),進(jìn)而影響SDR的混合及傳質(zhì)性能。本文首先采用靜電噴涂技術(shù)在不銹鋼圓盤表面構(gòu)筑了具有納微結(jié)構(gòu)、物理和化學(xué)性能穩(wěn)定的疏水涂層,采用高速攝像技術(shù)對(duì)SDR內(nèi)流體流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行觀測(cè)研究,并建立三維計(jì)算流體力學(xué)(Computational Fluid Dynamics,CFD)模型對(duì)SDR圓盤表面上的液膜流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行分析;采用碘化物-碘酸鹽平行競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)體系對(duì)SDR的微觀混合性能進(jìn)行研究;最后利用S02-NaOH的氣體吸收體系,研究SDR的傳質(zhì)性能。主要研究成果如下:1、采用靜電噴涂技術(shù)構(gòu)筑了疏水不銹鋼圓盤表面,水在表面上的接觸角由70.6°提高到115.6°。利用高速攝像技術(shù)對(duì)SDR內(nèi)流體流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行研究。系統(tǒng)考察了圓盤轉(zhuǎn)速、液體流量、液體粘度、液體表面張力、浸潤性對(duì)流體流動(dòng)狀態(tài)的影響規(guī)律。結(jié)果表明:粘度越大的液體在表面處理后的圓盤(Hydrophobic surface-modified spinning disk,OSD)上的面積等效鋪展半徑(Area-equivalent radius,Rm)受轉(zhuǎn)速影響越敏感,液體表面張力越小越有利于在OSD上鋪展。液體在圓盤外邊緣空腔區(qū)存在四種流型(液滴-液線流、液線流、液線-液膜流、液膜流),提高圓盤轉(zhuǎn)速和液體流量有利于流型向液膜流轉(zhuǎn)變;降低液體表面張力,出現(xiàn)液膜流的臨界液體體積流量減小,提高液體粘度,形成液膜流的臨界液體體積流量會(huì)增大;最后擬合獲得了流型轉(zhuǎn)變的臨界條件關(guān)聯(lián)式�？涨粎^(qū)內(nèi)的液滴直徑隨著圓盤轉(zhuǎn)速、液體粘度的增大而增大,隨液體表面張力的減小而減小;液體流量大小影響空腔區(qū)內(nèi)液滴的數(shù)量,對(duì)液滴直徑的影響不大,OSD產(chǎn)生的液滴直徑較未改性圓盤(Non-modified spinning disk,NSD)產(chǎn)生的液滴直徑稍大;液滴的尺寸分布符合R-R分布,分布指數(shù)m隨著轉(zhuǎn)速的增大、粘度的增大、表面張力的減小而增大,分布指數(shù)的范圍為4.78～6.81。液滴的平均合速度u和平均徑向速度ur隨轉(zhuǎn)速增大而增大,液體流量、粘度和表面張力對(duì)u和ur的影響不大。擬合空腔區(qū)平均液滴直徑和平均速度的關(guān)聯(lián)式,誤差均在±15%以內(nèi)。2、建立了 OSD表面上的液膜流動(dòng)的三維CFD模型。模擬結(jié)果表明:OSD表面上液膜流動(dòng)分為進(jìn)口區(qū)(Inlet zone)和波動(dòng)區(qū)(Wave zone),液膜在圓盤表面上鋪展的Rm變化規(guī)律與實(shí)驗(yàn)吻合,模擬值與實(shí)驗(yàn)值誤差±15%以內(nèi);并獲得了液膜厚度和液膜速度沿圓盤徑向的分布規(guī)律,進(jìn)口區(qū)與波動(dòng)區(qū)的分布規(guī)律差異明顯;根據(jù)速度分布沿徑向的分布規(guī)律,獲得了液膜流動(dòng)進(jìn)口區(qū)的半徑大小。3、關(guān)于SDR的微觀混合性能,首先通過CFD對(duì)SDR的預(yù)混合液體分布器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對(duì)比優(yōu)選;利用碘化物-碘酸鹽體系研究了圓盤轉(zhuǎn)速、液體總流量、液體流量比、氫離子濃度、表面浸潤性對(duì)微觀混合性能的影響規(guī)律,使用改性圓盤的旋轉(zhuǎn)圓盤反應(yīng)器(Hydrophobic surface-modified spinning disk reactor,OSDR)存在最優(yōu)微觀混合操作點(diǎn),使用未改性圓盤的旋轉(zhuǎn)圓盤反應(yīng)器(Non-modified spinning disk reactor,NSDR)最優(yōu)微觀混合操作點(diǎn)則不明顯。利用團(tuán)聚模型計(jì)算得到了 NSDR和OSDR的微觀混合特征時(shí)間。針對(duì)SDR的傳質(zhì)性能,采用SO2-NaOH的氣體吸收體系,SO2的最高脫除率為95.98%。對(duì)SDR的傳質(zhì)系數(shù)KGa的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式進(jìn)行了無量綱擬合。
【圖文】：

定轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)圓盤反應(yīng)器通過動(dòng)盤（旋轉(zhuǎn)盤）和定盤（殼體內(nèi)壁）之間產(chǎn)生巨大的逡逑剪切力提氋反應(yīng)器內(nèi)各相的破碎程度和接觸程度，達(dá)到強(qiáng)化傳質(zhì)傳熱的目的。定轉(zhuǎn)子逡逑旋轉(zhuǎn)圓盤反應(yīng)器的典型結(jié)構(gòu)如圖１－２所示［１４］。定轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)圓盤反應(yīng)器主要包括旋轉(zhuǎn)盤、逡逑柱形殼體、旋轉(zhuǎn)軸、氣液相進(jìn)出口，殼體內(nèi)壁作為反應(yīng)器的固定盤。旋轉(zhuǎn)盤和固定盤逡逑的軸向距離很小，一般在０．５？１邋ｍｍ之間。在旋轉(zhuǎn)盤高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，動(dòng)盤和定盤之間會(huì)逡逑產(chǎn)生巨大的速度梯度，進(jìn)而產(chǎn)生巨大的剪切力。對(duì)于氣液反應(yīng)體系，液體作為連續(xù)相逡逑在頂部進(jìn)入反應(yīng)器，氣相入口靠近動(dòng)盤的邊緣，氣體在入口處就被剪切破碎為氣泡并逡逑２逡逑Ｉ逡逑

ｒ：ｓｆｃ＇：：：：：二：：：j#邋ｎ逡逑ＦａＨｉｎｇ邋ｒ邋ｄｍ邋Ｗａｌｌｓ邋▲邋＾Ｈｊ邋Ｒｏｔａ�。欤荆荆�、譬逡逑ＨｏａｔＴｒａｎ＾ｏｒ＾ｌ＾逡逑ｉＨＩ邋ｆｔｏ？ａｔｉｎｇ邋Ｓｈａｆｔ邋ｕ＜ｓｃＪｗ９ｅ逡逑圖１－１薄膜旋轉(zhuǎn)圓盤反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖［１２］逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｈｉｎ邋ｆｉｌｍ邋ｓｐｉｎｎｉｎｇ邋ｄｉｓｋ邋ｒｅａｃｔｏｒ逡逑薄膜旋轉(zhuǎn)圓盤反應(yīng)器是通過旋轉(zhuǎn)的圓盤對(duì)盤面上的液體產(chǎn)生高剪切的液膜來強(qiáng)逡逑化傳質(zhì)、傳熱的性能［１１］。薄膜旋轉(zhuǎn)圓盤反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖ｉ－ｉ所示［１２］。反應(yīng)器逡逑的控溫系統(tǒng)可以根據(jù)需要布置在反應(yīng)器外殼夾套及圓盤的內(nèi)部。旋轉(zhuǎn)圓盤反應(yīng)器在運(yùn)逡逑行過程中，液體通過分布器在圓盤中心或附近位置進(jìn)入圓盤表面，高速旋轉(zhuǎn)的圓盤將逡逑產(chǎn)生強(qiáng)大的離心力場(chǎng)，，使得圓盤上的液體迅速鋪展成膜，液膜厚度主要與操作參數(shù)、逡逑液體性質(zhì)有關(guān)，可以達(dá)到２５邋ｐｍ甚至更�。郏保常�。圓盤表面與液膜間的剪切作用，可以促逡逑進(jìn)液膜表面的快速更新，進(jìn)而提高體系的傳質(zhì)、傳熱效率。液膜離開圓盤邊緣后，液逡逑膜在空腔區(qū)內(nèi)破碎形成的液滴，部分液滴直接落入殼體底部，部分撞擊反應(yīng)器殼體內(nèi)逡逑壁，在內(nèi)壁面形成液膜后流入殼體底部，最后由液體出口流出反應(yīng)器。對(duì)于液液反應(yīng)逡逑體系，一般通過液體分布器將反應(yīng)物料加入反應(yīng)器，根據(jù)需要可圍繞圓盤中軸均勻布逡逑置多個(gè)進(jìn)液口進(jìn)液。逡逑定轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)圓盤反應(yīng)器通過動(dòng)盤（旋轉(zhuǎn)盤）和定盤（殼體內(nèi)壁）之間產(chǎn)生巨大的逡逑剪切力提氋反應(yīng)器內(nèi)各相的破碎程度和接觸程度
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ052

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王興榮;;實(shí)踐節(jié)能基礎(chǔ)(五)[J];節(jié)能;1987年01期

2 潘明祥,陳熙琛;球形落管試樣的冷卻及重力水平研究[J];物理;1988年08期

3 劉震北,王成敏;錐面間流體流動(dòng)考慮流動(dòng)慣性的近似解[J];應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué);1988年03期

4 曾樹坤;;用解壓力耦合方程的半隱式法計(jì)算流體流動(dòng)[J];重慶建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào);1988年04期

5 黃鴻鼎,孫愛,劉國維;螺旋流內(nèi)熱虹吸沸騰裝置(Ⅱ)流體流動(dòng)及傳熱的計(jì)算[J];化工學(xué)報(bào);1989年06期

6 周榮琪 ,雷良恒;有助于掌握化工原理內(nèi)容與實(shí)質(zhì)的討論題(六)流體流動(dòng)(上)[J];化工高等教育;1989年01期

7 杜輝,孟曉光,許學(xué)諮;用坐標(biāo)變換求解任意形狀區(qū)域內(nèi)的流體流動(dòng)和傳熱[J];水動(dòng)力學(xué)研究與進(jìn)展;1989年02期

8 王海峽;趙廣慧;章靖;余長柏;李維國;;內(nèi)外流體流動(dòng)下隔水管橫向振動(dòng)模型的探討[J];石油礦場(chǎng)機(jī)械;2010年08期

9 文力;黃翔;;冰漿制取裝置的設(shè)計(jì)及過冷器中流體流動(dòng)模擬分析[J];西安工程科技學(xué)院學(xué)報(bào);2006年05期

10 吳松海;孫永利;;多媒體技術(shù)在《化工流體流動(dòng)與傳熱》課件中的應(yīng)用探討[J];化學(xué)工業(yè)與工程;2005年S1期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 范春壘;張宏彬;張永偉;楊富廣;余明淦;;平臺(tái)工藝管線中流體流動(dòng)阻力損失的分析計(jì)算及應(yīng)用[A];2013年中國海洋工程技術(shù)年會(huì)論文集[C];2013年

2 劉麗昆;岳廣杰;劉趙淼;;微通道內(nèi)表面性質(zhì)和雷諾數(shù)對(duì)流體流動(dòng)性能影響[A];北京力學(xué)會(huì)第18屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2012年

3 曹曉麗;沈榮春;束忠明;黃發(fā)瑞;;列管式固定床反應(yīng)器管外流體流動(dòng)的試驗(yàn)研究[A];上海市化學(xué)化工學(xué)會(huì)2007年度學(xué)術(shù)年會(huì)論文摘要集[C];2007年

4 高洪明;吳林;董紅剛;王明啟;劉占先;;浮力在焊接熔池流體流動(dòng)中的作用[A];第十次全國焊接會(huì)議論文集（第2冊(cè)）[C];2001年

5 石國慶;陳振乾;;小通道套管換熱器內(nèi)流體流動(dòng)及傳熱模擬研究[A];第五屆全國換熱器學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2015年

6 張志祥;馮耀;王德永;姜茂發(fā);;六流T型連鑄中間包內(nèi)流體流動(dòng)數(shù)學(xué)模擬與優(yōu)化[A];第十六屆全國煉鋼學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2010年

7 劉永兵;陳紀(jì)忠;陽永榮;;吸附床內(nèi)流體流動(dòng)特征的物理和數(shù)值模擬[A];第一屆全國化學(xué)工程與生物化工年會(huì)論文摘要集(上)[C];2004年

8 孫凱麗;黃美;劉冉;;梅花孔板式換熱器內(nèi)流體流動(dòng)與換熱的研究[A];北京力學(xué)會(huì)第二十二屆學(xué)術(shù)年會(huì)會(huì)議論文集[C];2016年

9 何國庚;王忠衡;;冰漿流體流動(dòng)換熱的實(shí)驗(yàn)研究[A];第十二屆全國冷（熱）水機(jī)組與熱泵技術(shù)研討會(huì)論文集[C];2005年

10 劉振;曾愛武;;浮選柱內(nèi)流體流動(dòng)CFD模擬[A];第三屆全國傳質(zhì)與分離工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2002年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前1條

1 晨;中間包流體流動(dòng)現(xiàn)象的數(shù)學(xué)和物理模型[N];世界金屬導(dǎo)報(bào);2005年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 吳相森;旋轉(zhuǎn)圓盤反應(yīng)器流體流動(dòng)與性能研究[D];北京化工大學(xué);2018年

2 韓昌亮;浸沒燃燒式氣化器流體流動(dòng)與傳熱特性研究[D];大連理工大學(xué);2017年

3 陸軍亮;徑向流吸附器內(nèi)流體流動(dòng)機(jī)理研究[D];浙江大學(xué);2014年

4 桑樂;旋轉(zhuǎn)填充床流體流動(dòng)可視化與傳質(zhì)模型研究[D];北京化工大學(xué);2017年

5 朱紅光;破斷巖體裂隙的流體流動(dòng)特性研究[D];中國礦業(yè)大學(xué)(北京);2012年

6 丁樹業(yè);大型發(fā)電機(jī)定子復(fù)雜結(jié)構(gòu)內(nèi)流體流動(dòng)與傳熱特性的研究[D];哈爾濱理工大學(xué);2008年

7 譚德坤;微流道內(nèi)表面效應(yīng)對(duì)流體流動(dòng)及傳熱特性的影響[D];南昌大學(xué);2014年

8 馬瑞;鎳基合金焊接熔池凝固過程微觀組織模擬[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

9 王翠華;三角形螺旋流道內(nèi)流體流動(dòng)與強(qiáng)化傳熱研究[D];天津大學(xué);2014年

10 李洋;電阻點(diǎn)焊形核基礎(chǔ)問題及焊點(diǎn)質(zhì)量強(qiáng)化研究[D];天津大學(xué);2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 張震;造紙多通道烘缸流體流動(dòng)與傳熱特性研究[D];陜西科技大學(xué);2011年

2 張晶晶;旋轉(zhuǎn)液膜反應(yīng)器內(nèi)流體流動(dòng)的動(dòng)力學(xué)研究[D];北京化工大學(xué);2013年

3 李圣安;多孔介質(zhì)復(fù)合腔體內(nèi)流體流動(dòng)及傳熱的數(shù)值模擬研究[D];山東建筑大學(xué);2012年

4 穆齊;換熱器凹槽通道中流體流動(dòng)的實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬[D];大連理工大學(xué);2016年

5 鄢鴻羽;中型高壓異步電機(jī)流體流動(dòng)與傳熱計(jì)算分析[D];哈爾濱理工大學(xué);2011年

6 王燕飛;刮膜分子蒸餾過程流體流動(dòng)的模擬與驗(yàn)證[D];天津大學(xué);2007年

7 張藝曉;同軸旋轉(zhuǎn)圓臺(tái)間流體流動(dòng)的動(dòng)力學(xué)研究[D];北京化工大學(xué);2012年

8 王立;不同結(jié)構(gòu)水冷散熱器流體流動(dòng)和換熱性能研究[D];電子科技大學(xué);2013年

9 劉玉龍;用格子Boltzmann方法模擬含動(dòng)邊界的流體流動(dòng)[D];吉林大學(xué);2008年

10 薛思瀚;多因素下多孔介質(zhì)內(nèi)流體流動(dòng)與傳熱研究[D];遼寧工程技術(shù)大學(xué);2015年

本文編號(hào)：2682138