基于CFD數(shù)值模擬的新型撞擊流反應(yīng)器內(nèi)管開(kāi)孔優(yōu)化

李鎮(zhèn)江，孫坤巖，宋冠英

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基于CFD數(shù)值模擬的新型撞擊流反應(yīng)器內(nèi)管開(kāi)孔優(yōu)化

李鎮(zhèn)江1，2，孫坤巖1，宋冠英1

（1青島科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，山東青島 266061；2青島科技大學(xué)中德科技學(xué)院，山東青島 266061）

基于自主設(shè)計(jì)的同軸撞擊流反應(yīng)器，運(yùn)用計(jì)算機(jī)流體力學(xué)（CFD）數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)內(nèi)管開(kāi)孔進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。首先通過(guò)單因素試驗(yàn)確定了反應(yīng)液在內(nèi)外管入口處的速度比例，在此基礎(chǔ)上，分別以開(kāi)孔排數(shù)、內(nèi)管軸向孔間距、內(nèi)管徑向開(kāi)孔個(gè)數(shù)及開(kāi)孔直徑為試驗(yàn)因素，設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)。對(duì)每組試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬，以距入口頂端不同距離處微孔的速度均方根差為評(píng)價(jià)指標(biāo)，得到內(nèi)管開(kāi)孔的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案為：反應(yīng)器內(nèi)管沿軸向均勻開(kāi)設(shè)6排微孔，每排微孔間距為12mm，徑向均勻開(kāi)設(shè)5個(gè)微孔，孔徑均為0.5mm。基于正交試驗(yàn)的優(yōu)化結(jié)果，對(duì)模型進(jìn)行重新定義并對(duì)其環(huán)形微通道反應(yīng)區(qū)內(nèi)的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值模擬分析，結(jié)果表明：開(kāi)孔處產(chǎn)生的撞擊束均有較高的速度梯度，并且反應(yīng)液在環(huán)形微通道反應(yīng)區(qū)內(nèi)發(fā)生強(qiáng)烈撞擊，并發(fā)生充分混合與反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)管開(kāi)孔的最優(yōu)化 設(shè)計(jì)。

反應(yīng)器；計(jì)算流體力學(xué)；數(shù)值模擬；優(yōu)化設(shè)計(jì)；微通道

撞擊流的概念最早是由ELPERIN和TAMIR提出，利用從不同方向噴出的高速流束間的碰撞，使得反應(yīng)液在相遇處形成強(qiáng)烈撞擊并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，具有強(qiáng)化液體間混合與反應(yīng)的特點(diǎn)，由于對(duì)傳熱、傳質(zhì)有較大的強(qiáng)化作用，目前已被廣泛地應(yīng)用于化工領(lǐng)域，尤其是近年來(lái)在納米材料制備領(lǐng)域，顯示出巨大的應(yīng)用潛力?！?br>