振幅對新型過程強化裝置強化效果的影響*

鄒韶明　黃磊　朱瑞林

（江西工程學院）　（湖南師范大學工學院)

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振幅對新型過程強化裝置強化效果的影響*

鄒韶明**黃磊朱瑞林

（江西工程學院）（湖南師范大學工學院)

針對一種新型過程強化裝置，通過數值模擬分析了振幅對過程強化裝置流場參數的影響，找到了過程強化裝置的振幅和強化效果之間的關系。

振幅數值模擬過程強化擾動裝置流場參數

在化工設備中，擾動裝置的振幅對其中的流體的流場有很大影響，流場的擾動同時又會影響到過程強化的效果。本文對一種新型過程強化裝置進行數值模擬，研究了不同振幅時裝置流場相關參數的變化情況。通過對這些參數的分析處理，得出了強化裝置的振幅對于過程強化效果的影響。

1　新型過程強化裝置簡介

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

本文運用Fluent軟件建立了該強化裝置的參數化模型，并對其流場進行了數值模擬。根據數值模擬的結果比較了不同振幅下流場參數的變化情況，分析了振幅對于強化效果的影響。

2　仿真模型建立

選用圓環形擋板，利用Fluent建立該裝置的三維模型。取裝置中的一節 （兩相鄰擋板間的空間）作為研究對象，采用Gambit中的自適應混合網格進行網格劃分，如圖2所示。選用有限體積法和RNG資-ε計算模型[3-4]進行計算，對過程強化裝置采用不同擋板間距時的流場進行分析。

3　不同振幅下流場參數的變化情況

下面分析不同振幅下流場參數的變化情況。取圓形開孔，開孔率為0.5，頻率取5 Hz，進口流速為 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個觀測點，分析這些平面上各參數隨著振幅而變化的情況，并運用統計學知識，對1525個點的相關參數進行數據處理，得到各個流場參數 （平均速度、徑向速度、渦度、雷諾數）隨裝置的變化情況，如圖3～圖6所示。

圖1　新型過程強化裝置

圖2　筒體的網格劃分

圖3　不同振幅時筒體內縱截面和中間橫截面上流體平均速度的變化

圖4　不同振幅時筒體內各平面上徑向速度的變化

圖5　不同振幅時筒體內各平面上渦度的變化

圖6　不同振幅時筒體內各平面上雷諾數的變化

圖3～圖6明顯地反映了流場中流體質點各參數隨強化裝置振幅而變化的情況。當強化裝置的振幅增加時，流場內流體質點的平均速度、徑向速度、渦度以及雷諾數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，當裝置振幅增大時，裝置內流體質點的運動變得更加劇烈，其湍動程度增加。這種現象可以用能量守恒的觀點來解釋：當在其他條件均為一定時，增大裝置振幅意味著在相同時間內筒體中流體質點獲得了更多的能量，其動能隨之變大，其運動變得更為劇烈。因此可以通過調節過程強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。通常情況下，希望獲得較大的雷諾數以強化過程中的傳熱和傳質，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，而且有些強化過程明確要求流體的湍動程度不能過大，因此需要根據實際的過程強化要求來確定裝置所需的振幅。

4　結論

本文利用數值模擬的方法，分析了新型過程強化裝置的振幅對流體流動中各個參數的影響，得出了裝置振幅和流場參數之間的關系：在新型過程強化裝置中，隨著強化裝置的振幅的不斷增大，流場內各質點的速度、渦度以及雷諾數都隨著振幅的增大而增大，流體的流動變得越來越活躍，強化效果越來越好。

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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）

*江西省教育廳科學技術研究項目（GJJ14815）資助。

**鄒韶明，男，1983年生，碩士，講師。新余市，338000。