射流搅拌反应器结构的设计与优化开题报告

全文总字数：5510字

1. 研究目的与意义（文献综述）

目前化石燃料是全球的主要能源，但化石燃料是不可再生能源，我们已发现的化石燃料的储量逐渐满足不了越来越高的需求。并且化石燃料的大量使用会产生氮氧化合物、碳氧化合物等污染物，给环境带来很大的压力。为了逐步减少对化石能源的需求，加快能源转变，全球正在大力开发和利用生物质燃料。生物质燃料是一种可再生清洁能源，来源广，抗爆性强，燃烧温度较低，有利于降低氮氧化合物的排放。在此背景下，生物质燃料的气相反应动力学的研究以及瞬态物质的检测和鉴定引起了广泛的关注。这些研究通常是在一定压力和温度范围内进行的，其所运用的实验设备有快速压缩机、激波管、静态反应器、流式反应器和射流搅拌反应器等。

射流搅拌反应器（jet-stirred reactor,简称jsr）是一种理想的连续搅拌式反应器，常用于研究燃料高温和低温燃烧过程中气态或预蒸发液体的氧化特性，其具有高效的气相混合效率，可使反应器内和出口的气体组成具有一致性，可通过结合色谱等分析技术为构建、验证和完善生物质燃料的化学动力学机理提供必要的实验数据，在过去的几十年中被广泛用于研究气相化学动力学。射流搅拌反应器的结构参数是影响其混合效率的重要因素，为了研究不同结构参数的射流搅拌器的混合效率，本课题通过对不同结构参数的射流搅拌反应器内气体流动混合过程的模拟计算，分析反应器内部气体的混合过程及混合均匀性，以达到优化结构参数、得到更均匀混合的目的。

目前，部分国外学者针对不同结构的射流搅拌反应器进行了研究。david和matras最先提出了关于射流搅拌反应器的设计原则：喷嘴产生的射流提供湍流内部混合；喷嘴流出速度不超过局部声速；射流提供内部的循环。

2. 研究的基本内容与方案

本课题将针对射流搅拌反应器的设计与优化展开。以经典的倾斜型射流搅拌反应器为基础，设计喷嘴之间角度不同、喷嘴朝向不同的射流搅拌反应器，模拟计算反应器内气体的流动混合过程，根据模拟结果分析气体的混合过程及结构参数对混合均匀性的影响，实现找到最优结构参数，使反应器内部混合更均匀的目的。

本研究拟采用的技术路线图如图2.1所示。研究拟采用的技术方案及措施如下：

第一步，在满足射流搅拌反应器设计三原则的条件下，通过Solid Works软件在经典的倾斜型射流搅拌反应器的基础上，设计并绘制喷嘴之间角度不同、喷嘴朝向不同的的射流搅拌反应器模型。

第二步，将绘制好的三维立体模型导入Converge软件，选择合适的计算模型，并设定模型的边界条件，包括停留时间、入口的进气速度及进气比例等，以保证射流搅拌反应器的结构参数是影响混合过程及混合均匀性的唯一变量。设置完成后进行模拟计算。通过理论停留时间和实际停留时间的对比，验证计算结果的准确性。

第三步，利用后处理软件如Tecplot等对计算结果进行分析，分析不同结构的射流搅拌反应器的温度场、浓度场，分析不同结构参数下气体混合的均匀性及气体在球形反应区的混合过程，并根据气体在射流搅拌反应器球形反应区内的混合均匀程度，分析结构参数对气体混合均匀性的影响，并对结构参数进行优化。

3. 研究计划与安排

第1-2周：查阅文献，完成文献综述和开题报告；

第3-4周：完成约5000字外文翻译；

第5-6周：学习solidworks的使用方法，了解射流搅拌反应器在国内外应用现状及设计规范；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 王瑢璇，基于jsr的正戊醇化学反应机理研究[d].长安大学

[2] 邹家标,李伟,叶莉莉,张晓愿,等；环己烷在射流搅拌反应器中的低温氧化动力学初探:实验和动力学模型研究[j].chinese journal of chemical physics.2018

[3] david,r;matras,d.règies de construction et d’extrapolation des r acteurs auto-agités par jets gazeux.[j].canadian journal of chemical engineering,1975,53(3):297-300