振荡流反应器三维流场非对称性CFD定量研究

论文摘要

振荡流反应器（Oscillatory Flow Reactor,缩写为OFR）是一种有着广泛工业应用前景的新型化工工艺设备,具有很好的传递特性,且其工艺过程易于控制。目前对OFR的针对性研究多处于实验室或初级应用阶段。 随着计算机技术的发展,计算机模拟已成为继实验研究后又一行之有效的科研手段,并已广泛应用到生产实践中的各个领域。利用计算机来模拟OFR的流场分布,对其进行系列研究不仅可以提供实验无法提供的信息,而且可大大降低实验的费用。 借助商业计算流体力学软件CFX模拟计算了完全对称几何边界、具有轻微挡板偏心度和振荡边界倾斜度的OFR单腔室内的三维振荡流场,使用结构化网格离散整个计算域,采用有限容积法求解N-S方程组,压力-速度的耦合求解采用SIMPLE算法。 在上述OFR三维流场模拟的基础上,首次提出无因次物理量RMDV表征流场的非对称程度,将OFR的CFD模拟从定性研究推进到定量研究。 运用专业流场可视化软件FieldView从OFR流场计算结果中将计算域内关于轴对称的空间点上的速度值顺序取出,然后用工程数据专用处理软件Matlab自编程对其进行数据统计与分析,从而得到描述流场非对称性的无因次物理量——某一时刻或某一段时间内整个计算域内关于轴对称的空间点的速度或速度分量的相对平均偏差（RMDV）。 研究结果表明:RMDV为定量研究OFR三维流场的非对称性提供了有效的方法;三种几何边界条件下的流场RMDV值均随时间呈周期性变化:OFR的几何边界条件对流场流型有重要影响。 研究结果为认识OFR三维流场的流动模式提供了新的信息,有助于OFR的结构优化和放大设计,为下一步的研究打下了良好的基础。在OFR单腔室三维流场非对称性的定量研究基础上可进一步扩展到多腔室流场的模拟计算,以及流场的粒子扩散、停留时间分布和化学反应的模拟研究。

论文目录

• 第一章 前言
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 国外研究背景
• 1.1.2 国内研究背景
• 1.2 研究内容及目标
• 第二章 文献综述
• 2.1 OFR的研究历史及现状
• 2.1.1 OFR概述
• 2.1.2 OFR简介
• 2.1.3 OFR的应用及发展
• 2.3 CFD及其在化工中的应用
• 2.3.1 CFD概述
• 2.3.2 CFD软件工具
• 2.3.3 CFD在化工中的应用
• 第三章 CFD方法及工具
• 3.1 网格系统
• 3.1.1 OFR几何结构
• 3.1.2 挡板偏心度
• 3.1.3 振荡边界倾斜度
• 3.1.4 完全对称几何边界结构化网格系统
• 3.1.5 具有振荡边界倾斜度的OFR结构化网格系统
• 3.2 OFR三维流场的有限元分析
• 3.2.1 控制方程
• 3.2.2 边界条件与初始条件
• 3.3 CFD模拟策略
• 3.4 非对称性表征
• 第四章 模拟结果统计分析
• 4.1 OFR三维振荡流场数值模拟
• 4.2 流场非对称性的定量研究
• 4.2.1 定量研究方法介绍
• o的变化'>4.2.2 几何边界完全对称的OFR流场RMDV随Re_o的变化
• o的变化'>4.2.3 固定挡板偏心度下（0.1％）OFR流场RMDV随Re_o的变化
• o（400）下OFR三维流场RMDV随挡板偏心度的变化'>4.2.4 固定Re_o（400）下OFR三维流场RMDV随挡板偏心度的变化
• o变化研究'>4.2.5 固定振荡边界倾斜度下OFR三维流场RMDV值随Re_o变化研究
• 第五章 结论及展望
• 5.1 结论
• 5.2 课题展望
• 致谢
• 参考文献