（化学工程专业论文）振荡流混合器湍流流场的模拟研究.pdf

浙江大学工程硕士学位论文 论文摘要 i 振荡流混合器( o s c i l l a t o r y f l o wm i x e r ，缩写为o f m ) 是一种新型的化t 过f l ! 设备。它有很好的质量、热量传递性能，并且工艺过程容易控制，可以应刚祚化 工生产中的很多领域，如粒子的悬浮分离、絮凝工艺、化工反应器等等。b i l l ：，j i 、 起了人们很大的研究兴趣，并且也产生了一些很有意义f l , 9 研究效果。o 本文利用计算流体力学( c o m p u t a t i o n a lf l u i dd y n a m i c s ，缩写为c f d ) 技术， 通过采用层流模型和湍流模型对净流量为零、s t 准数为1 的一定雷诺数区问o f m 腔室中的层流流场和湍流流场进行了数值模拟计算，得到了以下结论： 一、实现了o f m 流场湍流流动阶段的三维数值模拟，较好地反映了湍流阶 段o f m 速度场分布状况。 二、获得了反映o f m 速度场在一定雷诺数条件下非对称分布的模拟结果。 三、发现了一定雷诺数区间o f m 湍流流场的一些特点： l 、随着振荡雷诺数的增大，o f m 流场的非对称性趋于明显，显示出良好的 混合特性。 2 、当振荡雷诺数增大到一定程度时，在不同的振荡雷诺数下，相同振荡周 期的相同振荡相位下流场的分布基本相同。 3 、在相同的振荡雷诺数下，不同振荡周期的相同相位下，o f m 流场的分巾 基本相同。 r e 。的情况下，努塞尔数 ( n u ) 可以跟r e 。相关联，而n u 对s t 的变化反应不敏感。在气一液传质速率 试验中如测试氧一水系统在o f m 中的传质过程，发现气一液传质速率相对于简 单的鼓泡塔可以增强4 0 0 。 随着对o f m 认识的不断加深，对于o f m 流场的模拟也逐渐丌展起来。 簟 浙江大掌工程硕士掣啦论文 1 9 8 8 年，h o w s 采用了流函数一涡量法模拟了二维情况下o f ml f 】层流f i l 况 下的流场，对o f m 中的流体在二维情况下的层流流场分析i 以及其压力降的变化 进行了必要的研究 19 9 8 年，m a c k l e y 和n e v e ss a r a i v a 运用l a g r a n g i a n 方法对二维情况fo f m 中的粒子扩散问题进行了研究，使震荡雷诺数较小的层流情况下的粒予扩散方f f l i 的研究有了新的发展。 近两年本实验室也率先展开了对o f m 的研究工作，在模拟过程中，泞次实 现了对o f m 流场的三维模拟，得到了在层流阶段o f m 单个腔室的流场分斫j 。 并且得到振荡雷诺数在2 0 0 左右时o f m 的流场分布出对称分布转化为非列称分 布的结果。这些结果对实验研究都有很重要的指导意义。 上述这些都仅仅对o f m 流场在层流阶段做了研究，而在实际生产过程巾， 流场的速度分布是处在湍流阶段的，上述研究还不能解决这一问题，因此，刈 o f m 流场湍流阶段的研究也就势在必行。 研究内容及目标 由于国内针对o f m 的研究还很少，所以很多关于o f m 的性质还不能够被 人们所认知。随着计算机技术的迅速发展，计算机模拟技术已经成为继实验手段 之后又一种行之有效的科研手段，并且已经应用到生产实践中。利用计算机模拟 技术来模拟o f m 的流场分布，不仅可以获得实验无法提供的信息，而且也”，人 大降低实验的费用。 本文应用计算流体力学( c o m p u t a t i o n a l f l u i dd y n a m i c s ，缩写为c f d ) 方法， 研究在净流量为零的情况下，圆管型o f m 在较高振荡雷诺数下流场的速度分响i ， 通过求解原参数n s 方程组和连续性方程对o f m 的单个腔室的流场进行模拟， 以获得在较高振荡雷诺数下o f m 流场的变化趋势。希望能够得到以下结果： 1 、用原参数法对o f m 的三维流场湍流阶段进行模拟； 2 、在较高振荡雷诺数下，通过对o f m 流场在湍流阶段的三维流场模拟， 得到o f m 流场随时间变化的速度场分布状况： 3 、在三维情况下，恒定的s t 准数下，o f m 的流场分布状况随振荡雷诺数 的变化情况； 4 、找出在较高振荡雷诺数下，o f m 中湍流阶段流场的些变化规律。 浙江大学工程硕士学位论文 第一章文献综述 i 1o f m 研究概况 o f m 作为一种新型的化工过程设备，从2 0 世纪8 0 年代丌始，它的l ，| ：多特 点逐渐j 下被科学家们所认识，并将其在化学反应，分离工程，生物化学反应l + 袱 以及膜科学领域进行了不断的探索。实验证明) ( 孙，o f m 比搅拌槽具有更好f | 0 传质效率，并且可以实现连续性操作，能够实现粒子的悬浮并使得不同物性 tj ， 得到分离等优点。而在国内，关于振荡流混合器的研究还很少，处于刚 刑起步阶 段。因此，在实验设备还不太完善的情况下，对振荡流混合器的流场及一些应川 进行模拟，不仅可以为实验提供有效的理论指导，而且可以节约在实际生产t q 成本。 在许多化工生产工艺过程中，良好的混合是非常必要的。一般的方法是应川 搅拌装置( 如搅拌槽等) 。早期，人们发现在有沟槽的管子中加入振荡，能够人人 地改善管予中的传质，传热性能，并在很长一段时间将其应用于工业生产和医学 当中，如在脉冲式压缩柱( p u l s e dp a c k e dc o l u m n s ) 和往复板溶剂萃取( r e c i p r o c a t i n g p l a t es o l v e n te x t r a c t i o n ) 等方面。这些应用是在净流动上加上振荡从而大大的增强 质量，热量传递。随着时间的推移，在医药生产过程中，出现了带沟槽的管道- 的振荡设备。这种设备主要应用在膜生氧器( m e m b r a n eo x y g e n a t o r s ) 和血过滤器 ( h a e m o f i l t e r s ) - ( 孙。后来，挡板被引入到有振荡的管子中，实验表明，由于挡板 的存在，使得管道中流体的传质，传热性能大大的提高。并且由于振荡设备的改 善，使得整个工艺过程更加容易控制。 基本尺寸4 的研究。二十世纪九十年代，人们对o f m 中不同的挡板的几何 尺寸和挡板位置做了研究，其中，主要针对不同的挡板位置做了比较。挡板位臀 不同主要有两种情况( c o l m a n 和m i t c h e l l ，1 9 9 0 ；f i n n i g a n 和h o w e l l ，1 9 8 9 ) ， 如图所示： 浙江大学工租硕士掌位论文 _ 囡 ( 3 ) 图1 j io f m 示惹图及挡板结构 图1 1 1 中，( 1 ) 图是振荡流设备的二维示意图，图底部的阴影部分是抓荡 装置，上部是流体流动的腔室。( 2 ) 图中，挡板与管道的内壁面相连，挡板中问 丌口，流体从中间开口处通过。( 3 ) 图中，挡板放在管道中心处，流体从挡板j j 管道间的空间流过。 实验表明：在传质，传热和能耗方面，挡板放在壁面处的设备比挡板在t l j 的设备有传质，传热性能好，能耗低的优点。挡板在腔室中的最佳距离为：l = 1 5 d 。l 为挡板的间距，d 是管道的内径。挡板的- 丌孔半径r = 0 5 r ，r 为丌 ? 卜 径，r 为管道半径。 o f m 中停留时间分布( r t d ) ( 5 的研究。许多化学反应都需要较长的停留时叫 分布来获得高的转化率。对于在管式装置中的连续性操作，良好的混合就意味着 必须是湍流流动。而高流速是获得湍动的途径，这也意味着需要很长的管子来获 得足够的停留时间。这种反应器往往需要几公里长。d i c k e n s l 9 5 5 年在试验，1 ，发 现应用带挡板的振荡流，能够产生良好的混合，在较小的输出量下，具有较长船 停留时间分布。而带挡板的振荡流中的快速径向混合克服了层流情况下流速慢的 缺点。从而指出应用振荡流可以获得具有较长停留时间并具有平推流的停尉时m 分布。h o w e s 和m a c k l e y 进一步研究各种振荡情况下，轴向扩散系数的过程中三 4 浙江大掌工程硪士掌位论文 得到了相似的r t d 结果。 h o w c s 和m a c k l e y ( 5 发现，在较大振幅下，也可能通过调节振动频埤i 术抉p f 低的轴向扩散系数。图1 1 2 是不同情况下的扩散系数比较，在图中，引入了 二 因次的扩散系数( d ，u l ) ，d 为扩散系数，u 是净流量，l 是挡板距离。f 纠r f 幢2 据显示：当振荡雷诺数在4 0 0 8 0 0 之间，s t 为o 8 2 时，都有相同的趋势：通 过调节振动频率可以获得较低的轴向扩散系数。 圈1 1 2 无因次扩散系数在不同条什f 的变化 实验中的最小化扩散系数，与简化的模型处理比较接近。简化的模型是采川 与振荡流反应器同体积的多个理想的无回流的搅拌槽串联模型。在h o w e s 和 m a c k l e y 的研究中表明：在高雷诺数和高s t 准数下，振荡流增强了各个腔室中的 轴向混合速率；在高雷诺数下增强了扩散程度。这种效果在高振幅情况下也同样 明显。 热量和质量传递性能的研究。m a e k l e y ( 5 ) 的早期试验表明，带挡板的管道f 1 的振荡流动可以提供高的传热速率。这对具有放热或吸热的反应系统非常重要。 ， 实验表明，在一定的s t 下，传热系数对雷诺数的变化非常敏感。更多的实验表 明在低净流雷诺数下，热传导系数仅仅跟振动条件即振荡频率和振幅有关。在这 浙江大学工程硕士掌位论文 种情况下测得的热传导系数跟在湍流管中雷诺数在1 0 0 0 0 甚至更高的情况j j 测 的数据相同。这个结果也显示，在振荡雷诺数远远大于净雷诺数的情况1 、，兀 次的热传导系数可以跟振荡雷诺数相关联。而无因次的n u 对s t 的变化反廊小敞 感。 n i s h i m u r a c 2 发现在波纹管中的振荡流动能够促进质量传递。随后在牛津的腆 呼吸器( o x f o r dm e m b r a n el u n g ) 中得到验证。近期，l a c o s t 工作组发明了脉冲武m 缩电化学电池( p u l s e d p a c k e d b e d e l e c t r o c h e m i c a lc e l l ) 。在这种设计中，表而质；i 传递是其主要的影响因素。同时，c o n d o r e t 测量了该发明的表面传质速率，结粜 表明，传递速率与振荡雷诺数相关，而在一定条件下与s t 无关。 在气一液传递速率的试验中们，人们研究了振荡流中的氧气一水系统，试验 结果显示：在有挡板的振荡流设备中，气一液传质速率相对于简单的鼓泡塔r j j 以 增强4 0 0 ，这个结果对多项反应和生化反应有很好的指导作用。n i 在氧。渊： 酵母中的传递做了振荡流和搅拌槽的对比试验，结果是振荡流设备具有更好的f 譬 质效率。同时，通过控制振荡流来实现对传递和反应过程的控制更为方便、精确。 多相体系与反应的研究。除了具有良好的传递性能外，m a c k l e y ( 1 在随后的 试验中发现，带挡板的振荡流动，可以维持固体颗粒在腔室中的悬浮。在垂直的 管道中，固体颗粒悬浮的控制可以通过条件振幅和频率来控制。这个性能也i 叮以 应用到具有不同沉降物性的颗粒的分离。而且固体颗粒的悬浮对有催化剂的反应 和有固体颗粒产生的反应也非常重要。 众所周知，脉冲流动可以增强萃取工艺中液一液问的传递速率。最早的带挡 板的振荡流动在液一液传递中的试验表明( 5 ) ：振荡流对在互不相容的液一液体系 中形成小的液滴悬浮非常有效。最近的，在油一水体系统的试验表明：液滴的人 小可以通过调节振荡过程中的振幅和频率来控制。而液滴大小的控制在多项流反 应中是一个重要的因素。 上边的结论表明振荡流设备在聚合反应中非常适合，同时拥有好的传热特 性，类似平推流反应器的停留时间分布，工艺过程可以通过控制振动中的振幅和 频率来得到控制从而控制其产品质量等特点。在聚合反应中，聚合单体可以用注 入的方式进入反应器。聚合产品的颗粒大小通过控制振荡流反应器的振幅和频率 得到控制。 浙江大掌工程硕士掌位论文 1 2o f m 简介 1 2 1o f m 设备简介 o f m 的工艺过程主要是通过调节振荡频率和振幅束调节。在刁i if i j 设衙 ， o f m 上的振幅和频率可以用不同的设备来控制。在我们的试验中o f m ，j 惑翻 下： t l 顶部金属腔室，2 玻璃腔室，3 进料口，4 支架，5 传动板，6 电机，7 川i _ 1 ，8 法j 9 挡板，1 0 注射入口，1 1 底部金属腔室，1 2 橡皮膜，1 3 顶杆，1 4 偏心板，1 5 连片 图i 2 1 1o f m 装置示意图 我们可以把图1 2 1 1 分为两部分：振动部分和流动部分。振动部分主要i t i 下部的电机，传动板，偏心板，顶杆，橡皮膜等组成。来产生不同频率和振幅的 正弦 浙江大掌工租司r 士掌位- r e 文 图1 2 1 2o f m 中挡板示意图 振动，并将振动传递到流动部分腔室中的流体。装置的上部是流体部分，j 顶部、底部腔室和中间的玻璃腔室等组成。项部和底部腔室分别有进料口和jj 口供流体流动。底部腔室的注射入口用于注入微量组分。玻璃腔室山档板分成 八个腔室。单个腔室高度为7 5 c m ，半径为2 5 c m 。挡板的构造如图1 2 1 2 所，j ；， 挡板之间由四根钢丝固定，挡板中间开孔率为o 5 。挡板相当于是直径为5 0 c m ， 内径为2 5 c m 的圆环。 1 2 2 o f g 数值模拟简介 随着振荡流技术的不断发展，人们对振荡流的认识也越来越丰富。同时，l i j 于计算机技术的飞速发展，人们对于计算机模拟也有了较深刻的理解。用计算机 来模拟振荡流工艺能够为工业生产提供很好的理论指导和技术支持。因此，当人 们对振荡流技术不断探索的时候，对振荡流流场的模拟也成为人们研究的课题。 振荡流流场是一种非稳态流场，流场的边界随着时间的变化呈周期性变化 1 9 8 0 年s o b e y ( 7 ) 对在带沟槽的管道中的振荡流动做了数值模拟研究，他通过离散 n a v i e r - s t o e k s 方程，用流函数一涡量法模拟了边界是连续圆弧或正弦波动的管道 的振荡流动，研究中发现，漩涡在流体加速时形成，流体减速时漩涡继续增人， 同时向沟槽的下方移动。当流动方向改变时，壁面附近的流体开始向回流动( 山 i 浙江大掌工程硕士学位论文 于漩涡的存在) 。漩涡和壁面间的流体，将会导致漩涡喷出( e j e c t i o n ) 。对j i 稳态 流动，如果沟槽足够深，就会产生第二个反混区，同时也发现少量组分的加入1 ： 会改变流场的状态。这些模拟结果和实验得到的结果也很相符。 1 9 8 2 年，s o b e y ( 8 ) 将他的研究扩展到非对称管道。在研究壁面里矿弦变化n 0 管道时，发现在上下壁面间小的相变会造成漩涡强度的减小，但不会破坏埘称悱。 当相交继续增大时，漩涡的强度将会继续减小，并r 丌始 j 现非对称性( r hj ：f ：j j 漩涡强度的不同) 。s o b e y 后来发现轴向扩散最大时存在一个雷诺数，当s t 增人 时，将会使得轴向混合减小。同时也发现，轴对称管道的混合效果较女r 。 1 9 8 4 年，s a v v i d e s 和o e r r a r d ( 9 ) 模拟了波纹管中的非稳态流动，以了解动脉 中的血液流动情况。他们发现，流体在波纹中发生分离，当流体丌始反向流动时 漩涡是整体流动。而好的径向混合仅仅局限在波纹附近的很小区域内。 1 9 8 5 年，s o b e y ( 】o ) 发现，无论时在轴对称还是非对称的设备中，振荡流流 场都会由于漩涡的存在而出现非对称性。 1 9 8 6 年，r a 【p h 3 0 0 0 k w m 2 ) 和高温( 1 5 0 0 k ) 条件下 无法测量得到。c f d 模拟结果由冷模实验结果验证。h o l g r e n 和a n d e r s o n ( 3 3 ) r r t j 商 用c f d 软件f i d a p ，采用有限元法，模拟了用整块催化剂进行的催化燃烧、部 分氧化和液相加氯等化学反应。并与实验结果进行了比较。低密度聚乙烯( l d p d ) 是一种用途广泛的聚合物，它需要在高温高压条件下，经自由基聚合生成。该过 麴 浙江大学工程硕士掌位论文 程需采用绝热高压釜反应器，r e a d 0 4 ) 等人为了获得对商压釜反应器内部泓f 干 反应的深入认识，使用f l u e n t 商用软件计算了反应器的三维模型，t ! 土括反盹 器、旋转桨叶、聚合动力学、湍流模型，以及湍流反应速率模型。通过计算似剑 反应器中不同操作情况下的流线、浓度梯度和温度梯度。根据这些数 l ct j 以女f 地认识l d p e 聚合过程，从而优化操作参数。 6 、干燥 从本世纪5 0 年代开始，人们就多次尝试用数学方程描述喷雾干燥。们1 c ：! 。芬 干燥中有很多复杂现象难以用数学方程的形式表达。这些现象包括喷雾的多分敝 性，雾沫夹带，分散相内部传热和传质问题。7 0 年代p a t t i 和p a l a n c z 阐述了分 散相和连续相之间的动量、热量和质量传递的规律，g a u v i n 和k a t t a 提出了一 = l | 1 考虑了雾沫夹带和雾化非均一性的模型，他们还给出了一个考虑了空气的轴向和 切向速度分布模型的解。所有的雾沫夹带和干燥剂动力学之间的关系都是山实验 得出的。此后，研究者们又提出了大量的模型，其中一些成功地应用于实际过私! 。 c r o w e 等人提出了称为单元内粒子源模型( p s i c e um o d e l ) 。对p s i c e 】l 类，娌 的模型改进和c f d 软件使用的基础上，人们成功地预测并分析了喷雾干燥一”流 场低频率振荡等现象。 7 、优化水处理过程 有限的土地资源和资金，严格的规章标准都要求水处理工厂的设计者在1 i 降 低水处理效能的前提下优化水处理罐形状，使其体积最小。h a z e n 和s a x v y e l 公 司的工程师们借助于f l u e n t 软件设计出几个成功的c f d 项目，其结论有助j ： 该工程投标的中选。 h a z e n 和s a w y e r 的研究人员使用f l u e n t 软件模拟了目阿饮水处理1 ：厂的 氯离子反应罐。氯离子接触罐要求能够提供充足的接触反应消毒时间，罐内的水 压大小和检测时间长短对该过程效率的影响十分关键。h a z e n 和s a w y e r 的：i ：程 师们计算了氯离子接触的驻留时间，并将c f d 模型结果与真实罐的跟踪实验做 了对比，结果只有5 的误差，h a z e n 和s a w y e r 公司将c f d 应用于环境工业并 设计出新的最佳氯离予接触罐。 浙江大掌工程硕士学位论文 第二章o f m 流场模拟的理论基础 对o f m 流场层流阶段的三维数值模拟，本实验室的科研人员已经宠成，搿 到了在层流阶段较小雷诺数下o f m 单个腔室的流场分钿，确定了振荡。t j 诺数化 2 0 0 左右时o f m 的流场分布由对称分布转化为非对称分布的结果。山j ：存。丈断 的生产过程中，流场的速度分布是处在湍流阶段的，因此，本文将在o f m 流场 层流阶段三维数值模拟的基础上对o f m 中湍流阶段的流场进行三维的数值帧拟 研究。 o f m 流场中在层流阶段的数值模拟依据的基本理论是流体力学基水方程， 即纳维斯托克斯方程( n a v i e r - s t o k e s 方程，缩写为n s 方程) 和连续性方程， 在净流量为零的情况下，通过求解原参数n s 方程和连续性方程，对o f m 的r 1 个腔室的流场进行模拟，得到圆管型o f m 在较低振荡雷诺数下流场的速度分伽。 而在湍流阶段，n s 方程和连续性方程同样应该适用，但是由于湍流运动的极端 复杂性，尤其是它的瞬时速度的规律很难表述，故实际上几乎不可能直接应用这 两个方程严格的解决流体的湍流问题。在本文中将采用r e n o r m a l i z a t i o n g r o u p ( 缩 写为r n g ) 盯一占模型来求解o f m 的湍流流场分布。 2 1 层流流场 2 1 1 控制方程 三维情况下的连续性方程和n s 方程可表示为： 詈+ 未( 州= 0 ( 2 ) 户鲁= 一詈+ 毒m 考+ 等一詈气c v c z m ， i j 表示空间的维数。 2 1 2 边界条件与初始条件 三维情况下o f m 中流体流动的边界条件和初始条件可描述如下： 边界条件： 浙江大掌工程硕士掌位论文 当删 ( 訇2 时 “：= 2 石f s i n ( 2 n f f )u ，= 0u 。= 0 当z = 。，( 詈) 2 x 2 + y 2 r 2 时 u ：= 0“，= 0 “，= 0 当 z = 三，x 2 + y 2 ( 詈 2 时 u ：= 2 n f x os i n ( 2 n 。f 。，)“，= 0 “。= 0 当州，( 匐2 “州时 u ：= 0u ，= 0u ，= 0 当x 2 + y 2 = r 2 时 “= 0 初始条件： f = 0 时 p ，= 0u ，= 0 i 表示空间的维数。 2 2 湍流流场 在本文的计算模拟过程中，将采用r n gj r 一占模型对o f m 流场进行模拟。 下边将对该模型进行描述。 2 2 1 控制方程 在湍流流场中，人们用时均项和随机项来表示流场的瞬时速度 ”= 万+ “ ( 2 2 1 1 ) 方程中的其他项如压力等也用相同的表示方法 = 乒+ 妒【2 2 1 2 ) 兰兰查竺三堡! 圭兰堡兰查 _ _ _ _ - _ - - - _ 一 将以上的表达式分别代入连续性方程和n _ s 方程。 以褂剑 詈+ 出a _ a _ ( p u ) _ o b ! - 卜 户鲁= 一考+ 毒m 等+ 瓦o u j ；瓯c v + 毒( - 咖i ) b ：， 以e 公式就是所谓的雷诺平均”n s 方程。它和层流f 的n s 万袱 小4 i i 似， 最后一项是雷诺应力项，标识了湍流流动的影响。x i f j j i jb o u s s i n e s q 假酗佝山以 来计算雷诺应力项，其表达式如下： 一以沪“( 等+ 等卜一；( 础詈p b ! ， 在b o u s s i n e s q 假设中，引入了新的变量“和k ，为了求得这些变量，a i f 川入r 新的传递方程。在p , n gk - s 方法中，引入的两个传递方程如下， 个足湍流运 动能量( 茁) ；h - 程，一个是湍流耗散速率( 占) 方程： p 告= 毒卜考 + g + 瓯一班 犯2 j p 尝= 毒卜盯毒 崛毒瓴+ c p 譬一只 c z ： ， 与标准k 一占方程不同的是，人们引入了一个解析的偏微分方程来求解湍动孙腹： d 【等) = 1 7 z 志础 b 2 1 8 ) 痧= 甜, u c ，“1 0 0 存高雷诺数下，可近似为： 。k 2 p l 。阵”一 i n v e r s ep r a n d t ln u m b e r s 为： 口i = 口。1 3 9 3 在占方程中r 项表达式为： 巳= 0 0 8 4 5 一一 兰兰查竺苎兰竺主竺竺兰查 一 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ - _ h _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ r = c u p r l 3 0 - r l r l o ) 占2 1 + 叩3 | | ，7 5 s k 61 7 0 = 4 3 8= 0 0 1 2 因此占方程可以表示为： p 害= 毒( 吒够毒) + g 慨+ g 如) 一c 知譬 c 。c ：；+ 掣 c l 。= 1 4 2c 2 。= 1 6 8 f 2 2 1 9 ) ( 2 2 1 1 0 ) 2 2 2 边界条件与初始条件 湍流状态控制方程的边界条件和初始条件与层流状态控制方程的边界条件 和初始条件相同。即 边界条件： 当z - o ( 訇2 时 “：= 2 x f z os i n ( 2 r c - f f )，= 0 甜y = 0 当z = 。，( 詈) 2 x 2 + y 2 胄2 时 “z = 0 “j = 07 4 ，= 0 当 z = ，x 2 + y 2 l k q - i 。川，此， 对o f m 的模拟就是要为化工生产提供一定的理论指导。如工业i ：或试验j 程中难以实现的过程，或是在试验过程中难以测得的数据等等。通过刈o f m 中化学反应的模拟可以得到比较准确的数据，为：i ：、l p ，e 产：提供必篮的数州 浙江大掌z 程硕士掌位论文 致谢 本文是在导师吴嘉副教授的悉心指导下完成的。吴老师学识渊博却义时进 取，始终把握科技前沿：经验丰富又能打破常规，思维 跃，普j ：创新：指吁、j i 生极具启发性，常常有独到的见解。成为吴老师的学生，我1 i 仪学到了科。矧虬 丌阔了眼界，还学会了科学研究的方法，为我以后的学习和工作奠定了“爷实的j k 础。为此，我要衷心的感谢吴老师! 在课题研究过程中，本实验室的李伟、李安实、王彦伟、张脊芝等时产给j 7 我大力的支持和帮助，他们乐于助人、无私奉献的精神，使我深受感动，趴他们 一起学习，受益匪浅，我也要向他们表示衷心的感谢。 在我就读工程硕士过程中，李宝芳、徐国华、陈丰秋、宋锡瑾、陈德例、l j 尚弟、任其龙、曹昆、俞蒙槐等老师也给了我极大的关心和帮助，使我能顺利j 艺 成学业。在此一并深深感谢。 学习期间，我的家人为我付出了太多的忙碌和辛苦，我今后会用辛勤的劳动 来报答他们! 刘恒 2 0 0 2 年5 月 浙江大掌工程司e 士掌位论文 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 参考文献 m r m a c k l e ya n ds j w r i g h t ，p a r t i c l es u s p e n s jo r a n dh ( 、i ) i l c i l 1 i na no s c i l l a t o r yf l o wm i x e r m r h e w g i l l ，m r m a c k l e y ，a b p a n d i ta n ds s p a n n u f n h 1 1 7 c ( 、h i t - i i t o fg a s l i q u i dm a s st r a n s f e ru s i n go s c i l l a t o r y 【o wini ih a iil i 、( j t u b e c h e m i c a le n g i n e e r i n gs c i e n c e ，v 0 1 4 8 ，n o 47 9 9 8 0 9 ，1 9 9 3 r u im i g u ed ac o s t a n e v e ss a r a i v a o s c i l 】a t o r y j ：l ( i wf 】t l jd m e c h a n i c s ad i s s e r t a t i o nf o rp o s t g r a d u a t es t u d y in ( 、h e m 沁；l 】 e n g i n e e r i n go fc a m b r i d g e m e m a c k a y m r m a c k l e ya n dy w a n g o s c i l l a t o r yf l o ww i 、h in m c r c o n t a i n i n gw a l lo rc e n t r a lb a f f l e s t r a n si c h e m e ，v 0 16 9 ，p a l l l a n o v e m b e r1 9 9 15 0 6 - 5 1 3 m r m a c k l e y 。p s t o n e s t r e e t ，e p l r o b e r t s a n dx n ir e sid e n t o t i m ed i s t r i b u t i o ne n h a n c e m e n ti nt r a c t o r su s in go s c i l l a t o r yf l o w t r a n si c h e m e ，v o l7 4 ，p a r ta ，j u l y1 9 9 65 4 卜5 4 4 p s t o n e s t r e e ta n dm r m a c k l e ye v a l u a t i o no fo s c i 】a t o r y j 】o w m i x i n gi nt u b u l a rt r a c t o r sf o rc o n t i n u o u sp r o c e s s in g s o b e y ，i j o nf l o wt h r o u g hf u r r o w e dc h a n n e js p a r t1 c a c ul 引【d f l o wp a t t e r n s j f l u i dm e c h ，9 6 ，卜2 6 ( 1 9 8 0 ) s o b e y i j o s c i1l a t o r yf l o wa ti n t e r m e dl a t es t r o u h a ln u m b e l li - 1 a x i s y m m e t r i cc h a n n e l s j f l u i dm e c h ，1 2 5 ，3 5 9 3 7 3 ( 1 9 8 2 ) s a v v i d e s ，c n a n dg e r a r d 。j h n u m e r c i a l a n a l y s i s o ft h ef l o w t h r o u g h a c o r r u g a t e d t u b ew i t ht h e a p p li c a t i o n t oa f t e r i t l p r o s t h e s e s j f l u i dm e c h 1 3 8 。1 2 9 1 6 0 ( 1 9 8 4 ) s o b e y , i j d i s p e r s i o nc a u s e db ys e p a r a t i o nd u r i n go s c i l l a t o r yf l o wt h r o u g haf u r r o w e d c h a n n e l c h e m e n g s c i ，4 0 ，2 1 2 9 - 2 1 3 4 ( 1 9 8 5 a ) r a l p h ，m e o s c i l l a t o r y f l o w si n w a v y w a l l e d t u b e s j f l u id m e s h ，1 6 8 ，5 1 5 - 5 4 0 ( 1 9 8 6 ) 浙江大学工租硕士掌位论文 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 2 9 3 0 3 1 3 2 3 3 3 4 h o w e s ，r ，m a c k l e y , m r ，a n d r o b e r t s ，e p l t h e s i m u l a t i o no fc h a o t i c m i x i n g a n d d i s p e r s i o n f o rp e r i o d i c f l o w s i n b a f f l e dc h a n n e l s c h e m e n g s c i ，4 6 1 6 6 9 _ 1 6 6 7 【i q 9 i l t u t t i ，0 r a n dp e d l e y ，t j o s c i l l a t o r y 1 、i o winn h t t p p ( - d c h a n n e l j f l u i dm e s h ，2 7 4 ，1 7 9 2 0 4 ( 1 9 9 3 ) m r m a c k l e ya n dr m c n e v e ss a r a i v a t h eq t m n t i t a ti v ec l e s t l “ip ll o ff l u i dm i x i n gl i s i n gl a g r a n g i a na n dc o n c e n tr a t i o db a s e dn u m e l l i ( a p p r o a c h e s c h e m i c a le n g i n e e r i n gs c i e n c e m r m a c k l e y k b s m i t ha n dn p w i s e ，t h em jx in ga n ds o p ；l ；1 1 p a r t i c l es u s p e n s i o n su s i n go s c i l l a t o r yf 1 0 winb a f f le dt u b e s t r a n s i e h e m e ，v 0 1 7 1 ，p a r ta ，n o v e m b e r1 9 9 3 ，6 4 9 6 5 6 x ubh ，y uab c h e m e n g s c i ，1 9 9 7 ，5 2 ( 1 6 ) ：2 7 8 5 2 8 0 5 y a n gyl ，e t a l c h e m e n g c o m m ，1 9 9 8 ，1 7 0 ：1 3 3 1 5 7 h a r v e yps ，g r e a v e sm t r a n si n s tc h e me n g ，1 9 8 2 ，6 0 ：2 0 卜2 1 0 b a k k e ra ，f a n s a n ojb 。l e n gde ，c h e me n g ，1 9 9 4 ，j a n ：9 4 1 0 0 l j u n g q v i s t m ，r a s m u s o n a c h e m e n g c o m m u n ，1 9 9 8 ，1 6 5 ：1 2 3 1 5 0 b o d ej c o m p u t e r sc h e me n g ，1 9 9 4 ，1 8 ：s 2 4 7 - $ 2 5 1 d u r s tf c h e me n gr e sd e s 1 9 9 7 ，7 5 ( a 8 ) ：7 2 9 7 3 9 a r m e n a n t epm 。e t a l c h e me n g s c i ，1 9 9 7 ，5 2 ( 2 0 ) ：3 4 8 3 - 3 4 9 2 n a u d e1 ，e t a l c a njc h e m e n g ，1 9 9 8 ，7 6 ( 6 ) ：6 3 1 - 6 4 0 j a w o r s k iz ，e t a l c a njc h e me n g , 1 9 9 6 ，7 4 ( 1 ) ：3 - 1 5 a r m e n t epe 。c h o ucc a i c h es y r u ps e r1 9 9 4 ，9 0 ：3 3 - 4 3 a r m e n t epe ，c h o ucc a i c h ej ，1 9 9 6 ，4 2 ：4 2 - 5 4 r i e g e rr c o m p u t e r s c h e m e n g , 1 9 9 4 1 8 ：s 2 2 9 - $ 2 3 3 万银坤清华大学博士论文1 9 9 8 h o d s o nj ，e t a l c h e me n g s y r u ps e t , 1 9 9 7 ，1 4 2 ：9 9 9 1 0 0 7 t i e m e ym ，n a s t a ，q u a r i n ig ，s e pp u r i f t e e h n o l ，1 9 9 8 ，1 3 ( 2 ) ：9 7 - 1 0 7 m e i e r a ，e t a l c h e m e n g s c i ，1 9 9 6 ，5 1 ( 1 1 ) ：3 1 8 l - 3 1 8 6 h o l g e ma ，a n d e r s o n b c h e m e n gs c i ，1 9 9 8 ，5 3 ( 1 3 ) ：2 2 8 5 - 2 2 9 8 r e a d n k ，e t a l a i c h ej 。1 9 9 7 ，4 3 ( 1 ) ：1 0 4 - 1 1 7 黼 浙江大掌工程硕士掌位论文 3 5 e p l r o b e r t sa n dm r m a c k l e y t h es i m u l a t jo no f 。k tf e tc h 】1r 1 1e kio i t h eq u a n t i t a t i v ep r e d i c t i o na n dm a p p i n go fm ix in gw il h in ic h m l m i f l o w c h e m i c a e n g i n e e r i n gs c i e n c e v o 5 0 ，n o 2 3 ，3 7 2 7 3 7 4 6 ，】0 3 6 t h o w e s ，m r m a c k l e ya n de p l r o b e r t s t h es i r o l l i a t i o n0 i 【。h i l o li ( m i x i n ga n dd i s p e r s i o n f o rp e r i o d i cf l o w sinh a f l l l e dc h t l nr l e l _ c h e m i c a le n g i n e e r i n gs c i e n c e ，v 0 1 4 6 ，1 3 0 7 ，1 6 6 91 6 7 7 ，1 9 9 1 3 7 r a m o nc o d i n ac o m p a r i s o n o fs o m ef i n i t ee le m e n tm e lh o d s s o l v i n g t h ed i f f u s i o n c o n v e c t i o n r e a c t jo n e q u a t jo n ( ( i i l l d i i i m e t h o d sa p p l m e c h e n g r g 1 5 6 ( 1 9 9 8 ) 1 8 5 2 1 0 3 8 熊杰，俞守勤n s 方程s u p g 有限元法水动力学研究进j 比， s e r a ，v 0 1 6 ，n o 1 ，m a r ，1 9 9 1 3 9 e u g e n i oo n a t e as t a b i l i z e df i n i t em e t h o df o r i n c o m p r e s s i h e v i s c o u sf l o w s u s i n gaf i n i t e i n c r e m e n tc a l c u l u sf o r m uj l lio n c o m p u t m e t h o d sa p p l m e c h e n g r g 1 8 2 ( 2 0 0 0 ) 3 5 5 3 7 0 4 0 l e o p o l d o p f r a n c as t a b i l i z e df i n i t ee