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气液喷射器作为一种新型的具有高强度混合效果、应用非常广泛的流体装置,近年来在化工、能源、环保领域已有广泛应用。 本课题主要目的是利用气液喷射器内不同液滴粒径分布的实验数据,回归气液喷射器内不同液滴粒径分布函数和概率密度函数,进而去研究不同液滴粒径下的反应过程模型,并通过实验对不同液滴粒径下的反应过程模型进行验证,为喷射反应器的优化和放大设计提供理论支持,课题有助于对气液两相流复杂性的深入理解,促进气液两相反应流模型的完善和发展。 本文从离散相液滴粒径分布函数出发,运用统计学原理对液滴粒径分布进行分析,确定了其分布函数,并通过分布拟合检验证明了其分布函数的正确性。把液滴粒径分布函数与计算流体力学(CFD)模拟相结合,获得了液滴在Rosin-Rammler分布下的液滴运动轨迹;以缩芯模型和双膜理论为基础,推导了气液喷射器中呈Rosin-Rammler分布函数的不同液滴粒径的反应过程模型,并通过实验的方式对反应过程模型进行了验证,得到了以下结论: (1)通过K.Pearson的x2拟合检验法验证了在显著性水平为0.01、液体流率在0.16 m3/h~0.32 m3/h、气体流率在2.5m3/h~10m3/h范围内,气液喷射器的液滴粒径分布函数符合Rosin-Rammler粒径分布函数。 (2)基于离散相模型,采用CFD模拟的方法研究了气液喷射器内液滴的运动轨迹影响因素,通过改变粒径和液滴初始速度的方式,探索了单一液滴和不同Rosin-Rammler分布函数下液滴的运动轨迹规律。结果表明气相旋转气流对液滴的轨迹的影响较小,液滴仍是以接近直线的形式向前运动;离散相液滴最终的速度主要取决于气相速度,与液滴粒径大小,液滴粒径分布和液滴初速度无关;液滴的运动轨迹随着Rosin-Rammler分布中Spread Parameter的增加、液滴速度的增大和Mean diameter的减小而发生改变,造成离散相液滴喷出趋向于集中和液滴相对远离壁面。 (3)以缩芯模型和双膜理论为基础,首次把气液喷射器中不同液滴的粒径分布函数用于气液两相流中,推导出了气液喷射器中不同液滴粒径的反应过程模型。并对模型中的转化率进行了实验研究,通过与理论模型计算的转化率相比较,确定了传质系数kg,计算实例显示模型计算结果与实验结果吻合良好,具有较强的实用性。