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流体力学刮膜式分子蒸馏器液膜停留时间分布与传热怎么

收藏本文 2024-03-12 点赞:12919 浏览:49083 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:分子蒸馏是根据分子运动平均自由程的不同而进行分离的技术,现广泛运用于工业领域。分子蒸馏技术的主要优势是适用于热敏性、高沸点物系的分离。分子蒸馏设备中以刮膜式分子蒸馏的运用最为广泛。因刮膜式分子蒸馏有着刮擦成膜,流体流动机理复杂,在论述探讨和运用探讨方面均有待深入。本论文分别通过实验和模拟策略,探讨了刮膜式分子蒸馏装置中液膜的停留时间分布,并在此基础上,通过CFD模拟对刮膜式分子蒸馏蒸发面的液膜流场及传热进行了探讨。本论文的工作介质分别采取去离子水以及不同质量分数(50%、70%)的甘油-水溶液,将亚蓝溶液通过脉冲示踪法注入,再通过紫外分光光度计进行定量浅析,得到不同工况下刮膜式分子蒸发器上液膜的停留时间分布密度函数。实验表明:物料进口速率增加,平均停留时间变小,此时,液膜补充更新能力加强;液膜平均停留时间随刮膜器转速先增大,达到峰值后减小;物系黏度越大,液膜平均停留时间越长,此时,蒸发面上的液膜轴向返混水平增高。本论文通过CFD模拟,得到了同一工况下standard κ-ε模型、RNG κ-ε模型与Reapzable κ-ε三种湍流模型停留时间分布密度函数图,发现出口截面上的均匀分布的四个点停留时间分布曲线形态近似,这说明流体在分子蒸发壁面上的分布是均匀的;液膜内粒子轨迹图显示液体在蒸发面上为螺旋下降;湍流主要发生在转子前方,绕转轴与转子相距约90度处液膜湍动最为剧烈。通过CFD软件Fluent对该分子蒸发器的传热进行模拟,通过转变其操作参数,浅析其温度场:物料进口温度低于蒸发壁面温度,需要一部分蒸发表面加热物料;这部分表面沿轴向的温度梯度较大,物料被迅速加热,当物料加热到一定温度后,沿轴向温度不再变化,轴向温度梯度趋于零;由于转子部分有着头波,转子前后温度分布呈“V”字型;在低转速区域(90-180rpm),传热系数随转子转速的增大而增大,上升走势显著,但随着转子转速的进一步加大,传热系数反而略有下降;模拟选取的流量范围内,传热系数随着进料流量的增大而增大,到了一定速率后有减小的走势;选择适当的温度差是得到大的传热系数的保证。关键词:分子蒸馏论文停留时间分布论文计算流体力学论文传热论文

    摘要3-4

    ABSTRACT4-9

    前言9-10

    第一章 文献综述10-23

    1.1 分子蒸馏技术介绍10-16

    1.1.1 分子蒸馏技术原理及特点10-11

    1.1.2 分子蒸馏技术的流程与设备11-15

    1.1.3 分子蒸馏的探讨进展15-16

    1.2 停留时间分布及其作用16-18

    1.2.1 停留时间分布(RTD)基本概念16-17

    1.2.2 停留时间分布的实验测定策略17-18

    1.2.3 停留时间分布对非理想流动的指导作用18

    1.3 CFD 基础论述18-20

    1.4 传热学介绍与分子蒸馏器上液膜传热探讨20-23

    1.4.1 热传导20-21

    1.4.2 对流传热21

    1.4.3 热辐射21

    1.4.4 刮膜式分子蒸馏液膜传热探讨21-23

    第二章 刮膜式分子蒸发器上液膜停留时间分布23-36

    2.1 刮膜式分子蒸馏停留时间分布实验23-27

    2.1.1 实验装置23-25

    2.1.2 实验策略与步骤25-26

    2.1.3 示踪剂的紫外光谱及校正曲线26-27

    2.2 数据处理与浅析27-28

    2.3 实验结果与浅析28-35

    2.3.1 平均停留时间与方差28

    2.3.2 停留时间分布密度函数 E(t)曲线28-31

    2.3.3 进料速率对分子蒸馏停留时间的影响31-33

    2.3.4 转速对分子蒸馏停留时间的影响33-34

    2.3.5 物料黏度对分子蒸馏停留时间的影响34-35

    2.4 本章小结35-36

    第三章 CFD 模拟分子蒸馏器模型浅析与选择36-41

    3.1 概述36

    3.2 多相流36-38

    3.2.1 多相流概述36-37

    3.2.2 两相流探讨策略37-38

    3.3 湍流模型38-40

    3.4 组分模型40

    3.5 多参考系(MRF)模型40-41

    第四章 刮膜式分子蒸发器液膜的停留时间及流场 CFD 模拟41-51

    4.1 前言41

    4.2 计算模型的建立41-43

    4.2.1几何模型41-42

    4.2.2 网格划分42

    4.2.3 数学模型的建立及计算策略42-43

    4.2.4 条件设置43

    4.3 模拟结果与讨论43-50

    4.3.1 CFD 模拟分子蒸发器上液膜的停留时间分布43-45

    4.3.2 分子蒸发器液膜流场模拟45-50

    4.4 本章小结50-51

    第五章 刮膜式分子蒸馏器的传热 CFD 模拟51-60

    5.1 几何模型51

    5.2 网格划分51-52

    5.3 数学模型的建立52-54

    5.3.1 模型检测设52

    5.3.2 求解器与模型的选择52

    5.3.3 模型设置52-53

    5.3.4 操作条件53

    5.3.5 模拟案例53-54

    5.4 模拟结果与讨论54-59

    5.4.1 整体蒸发壁面温度分布与截面液膜温度分布54-55

    5.4.2 转速对传热系数 K 的影响55-58

    5.4.3 进料速率对传热系数的影响58

    5.4.4 导热油温度对传热系数的影响58-59

    5.5 本章小结59-60

    第六章 结论与展望60-62

    6.1 结论60-61

    6.2 展望61-62

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