撞击流强化混合特性及用于制备超细粉体研究进展

撞击流以其强化微观混合的优异特性在化学反应、结晶、制备超细粉体等方面有广泛应用。本文在撞击流技术强化混合特性的基础上对近年来几种撞击流反应器制备超细粉体研究进行了综述。简述了流体流动、受限空间、喷嘴形式及结构、外部激励等因素对浸没循环撞击流反应器、受限撞击流反应器、T形撞击流反应器、微小型撞击流反应器、撞击流-旋转填料床反应器混合性能的影响。从结晶、微观混合时间等角度分析了撞击流微观混合特性对化学反应及制备超细粉体的影响。并与常规反应器及方法对比,从超细粉体的粒度大小、形貌、表面、能量、分散性、电性能及稳定性等方面进行评估。提出一种双层对置撞击流反应器用于工业上大规模制取超细粉体的中试研究,并展望了撞击流技术用于制备超细粉体的前景。

撞击流技术研究进展及新型反应装置研发

在化学生产和石油化工等多种过程工业中,都会涉及多项体系中相间热(质)传递,探求强化传递过程已成为研究的焦点和热点,撞击流作为一种有效强化相间传热传质、促进微观混合的新技术,在吸收、结晶、超细粉体制备等领域均展示出良好的应用前景。基于作者多年来在撞击流领域的经验积累和研究成果,对撞击流技术的研究进展及新型反应装置研发进行了综述。借助LDA、PDA、PLIF等先进可视化测试技术,提取不同结构布置形式下撞击流流场内部压力波动、瞬时和时均速度、浓度信号等丰富信息,获得关于流场的宏观压力、速度、浓度分布规律;同时准确把握流场内各物理参量在流体力学方程组中的作用,通过混沌分析、分形分析、小波变换以及希尔伯特–黄变换等非线性研究方法,识别信号的混沌与随机成分,计算出关联维、Kolmogorov熵、Lyapunov指数、Hurst指数等定量描述非线性特征参数,明确流场宏观运动特征、传热、传质以及反应效果的影响;另外,介绍了离析度IOS、平面混合均匀度U等指标,用于定量表征不同结构特性参数(喷嘴直径d、喷嘴间距L等)下撞击流反应(混合)器的混合、振荡特性研究现状,并确定利于混合的最佳工况,通过上述研究,不断完善复杂湍流体系理论;结合FLUENT数值模拟软件,实验与理论相互印证,为撞击流反应器结构的优化及新设备的研发提供指导性参数,基于此,作者先后自主研发出具有知识产权的多组同轴相向撞击流反应(混合)器、水平三向撞击流反应(混合)器等,并以双组分层式撞击流反应器为核心建立用于制备超细粉体工业规模示范装置,为撞击流技术在工业上的开发应用提供了一条新的思路;最后,指出探究与其他先进技术(超高压、超临界等)协同增效的复合型撞击流反应(混合)器,成为未来研究发展一大方向。

撞击流技术在环保领域的应用研究进展

撞击流作为一种过程强化技术,其优势在于能够显著强化相间传递和微观混合,可应用于环保工艺、设备中,以达到提高污染物去除效率的目的。本文在简述撞击流基本原理和特性的基础上,详细阐述了国内外撞击流技术在细颗粒物(PM2.5)脱除、烟气脱硫脱硝、废水处理、废气吸收等方面的应用现状,分析了该技术的应用效果和优势,同时介绍了一种可用于废水处理的新型双组分层式撞击流反应器。最后指出,深入探究撞击流复杂体系的机理以及耦合其他新型技术是未来研究的主要方向。

撞击流混合器速度信号的混沌识别及标度分析

应用三维激光多普勒测速仪,对浸没循环撞击流混合器内的流场瞬时速度时间序列进行获取,并分别按照自相关函数和功率谱分析方法判定了该信号的混沌特性,确定了该信号的频谱变化范围为0—20 Hz;将K41理论引入到撞击流流场分析,验证了Kolmogorov惯性区标度律在撞击流这一特殊流动形式下的普适性原则;按照标度分析的方法计算出了流场不同截面处的β值,发现其撞击区内变化范围在0.8<β<1.6,符合分形流场特征;在撞击区内发现了轴向环形区域的存在,揭示了其存在的物理原理;此外,还发现了流体运动形式不同将会影响到转速对β值的作用效果这一规律;最后,对比了实验结果与K41理论值的差别,分析了出现这一差别的原因。

双组分层撞击流反应器浓度场混沌分析

采用平面激光诱导荧光技术测量双组分层式撞击流反应器撞击区浓度分布,利用混沌理论分析不同喷嘴间距、喷嘴直径和射流雷诺数下撞击流反应器浓度场混沌特征参数(关联维、Kolmogorov熵和最大Lyapunov指数)的变化规律。结果表明,撞击流反应器内浓度场混沌特征参数随喷嘴间距的增大呈上下波动的变化趋势,Kolmogorov熵在L=2d时达到最大。浓度场混沌特征参数随喷嘴直径增大呈上下波动的变化趋势,Kolmogorov熵在d=8 mm时整体上最大;射流雷诺数为Re=22000时整体上混沌特征参数最佳。受二次撞击区的影响,撞击面上靠近二次撞击区各点的混沌特征参数有明显提高。