鄒韶明　黃磊　朱瑞林

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振幅對(duì)新型過程強(qiáng)化裝置強(qiáng)化效果的影響*

鄒韶明**黃磊朱瑞林

（江西工程學(xué)院）（湖南師范大學(xué)工學(xué)院)

針對(duì)一種新型過程強(qiáng)化裝置，通過數(shù)值模擬分析了振幅對(duì)過程強(qiáng)化裝置流場參數(shù)的影響，找到了過程強(qiáng)化裝置的振幅和強(qiáng)化效果之間的關(guān)系。

振幅數(shù)值模擬過程強(qiáng)化擾動(dòng)裝置流場參數(shù)

在化工設(shè)備中，擾動(dòng)裝置的振幅對(duì)其中的流體的流場有很大影響，流場的擾動(dòng)同時(shí)又會(huì)影響到過程強(qiáng)化的效果。本文對(duì)一種新型過程強(qiáng)化裝置進(jìn)行數(shù)值模擬，研究了不同振幅時(shí)裝置流場相關(guān)參數(shù)的變化情況。通過對(duì)這些參數(shù)的分析處理，得出了強(qiáng)化裝置的振幅對(duì)于過程強(qiáng)化效果的影響。

1　新型過程強(qiáng)化裝置簡介

新型過程強(qiáng)化裝置[1-2]如圖1所示，其技術(shù)方案是通過在過程設(shè)備上設(shè)置與之配合的機(jī)械振蕩裝置，使過程設(shè)備內(nèi)的流體形成紊流或充分混合，以強(qiáng)化工藝過程。

本文運(yùn)用Fluent軟件建立了該強(qiáng)化裝置的參數(shù)化模型，并對(duì)其流場進(jìn)行了數(shù)值模擬。根據(jù)數(shù)值模擬的結(jié)果比較了不同振幅下流場參數(shù)的變化情況，分析了振幅對(duì)于強(qiáng)化效果的影響。

2　仿真模型建立

選用圓環(huán)形擋板，利用Fluent建立該裝置的三維模型。取裝置中的一節(jié) （兩相鄰擋板間的空間）作為研究對(duì)象，采用Gambit中的自適應(yīng)混合網(wǎng)格進(jìn)行網(wǎng)格劃分，如圖2所示。選用有限體積法和RNG資-ε計(jì)算模型[3-4]進(jìn)行計(jì)算，對(duì)過程強(qiáng)化裝置采用不同擋板間距時(shí)的流場進(jìn)行分析。

3　不同振幅下流場參數(shù)的變化情況

下面分析不同振幅下流場參數(shù)的變化情況。取圓形開孔，開孔率為0.5，頻率取5 Hz，進(jìn)口流速為 0.007 072 64 m/s，即流量為 50 L/h。分別在XOZ平面、YOZ平面以及Z＝75 mm平面上取均勻分布的1525個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，分析這些平面上各參數(shù)隨著振幅而變化的情況，并運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)知識(shí)，對(duì)1525個(gè)點(diǎn)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到各個(gè)流場參數(shù) （平均速度、徑向速度、渦度、雷諾數(shù)）隨裝置的變化情況，如圖3～圖6所示。

圖1　新型過程強(qiáng)化裝置

圖2　筒體的網(wǎng)格劃分

圖3　不同振幅時(shí)筒體內(nèi)縱截面和中間橫截面上流體平均速度的變化

圖4　不同振幅時(shí)筒體內(nèi)各平面上徑向速度的變化

圖5　不同振幅時(shí)筒體內(nèi)各平面上渦度的變化

圖6　不同振幅時(shí)筒體內(nèi)各平面上雷諾數(shù)的變化

圖3～圖6明顯地反映了流場中流體質(zhì)點(diǎn)各參數(shù)隨強(qiáng)化裝置振幅而變化的情況。當(dāng)強(qiáng)化裝置的振幅增加時(shí)，流場內(nèi)流體質(zhì)點(diǎn)的平均速度、徑向速度、渦度以及雷諾數(shù)均隨著振幅的增大而增大，其最大值也隨著振幅的增大而增大。這表明，當(dāng)裝置振幅增大時(shí)，裝置內(nèi)流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)變得更加劇烈，其湍動(dòng)程度增加。這種現(xiàn)象可以用能量守恒的觀點(diǎn)來解釋：當(dāng)在其他條件均為一定時(shí)，增大裝置振幅意味著在相同時(shí)間內(nèi)筒體中流體質(zhì)點(diǎn)獲得了更多的能量，其動(dòng)能隨之變大，其運(yùn)動(dòng)變得更為劇烈。因此可以通過調(diào)節(jié)過程強(qiáng)化裝置的振幅來控制流場中流體的總速度分布和徑向速度的分布，從而得到所需要的流場分布狀態(tài)。通常情況下，希望獲得較大的雷諾數(shù)以強(qiáng)化過程中的傳熱和傳質(zhì)，但是考慮到該裝置的振幅的變化有一定的范圍，其振幅不可能無限地增大，而且有些強(qiáng)化過程明確要求流體的湍動(dòng)程度不能過大，因此需要根據(jù)實(shí)際的過程強(qiáng)化要求來確定裝置所需的振幅。

4　結(jié)論

本文利用數(shù)值模擬的方法，分析了新型過程強(qiáng)化裝置的振幅對(duì)流體流動(dòng)中各個(gè)參數(shù)的影響，得出了裝置振幅和流場參數(shù)之間的關(guān)系：在新型過程強(qiáng)化裝置中，隨著強(qiáng)化裝置的振幅的不斷增大，流場內(nèi)各質(zhì)點(diǎn)的速度、渦度以及雷諾數(shù)都隨著振幅的增大而增大，流體的流動(dòng)變得越來越活躍，強(qiáng)化效果越來越好。

[1]朱瑞林.一種新型振蕩流強(qiáng)化反應(yīng)器制備生物柴油的探討 [J].化工裝備技術(shù),2013，34(4)：8-10.

[2]朱瑞林.一種工藝過程的強(qiáng)化技術(shù)及其裝置：中國，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

壓力容器

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

2015-08-26）

*江西省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（GJJ14815）資助。

**鄒韶明，男，1983年生，碩士，講師。新余市，338000。