基于流型結(jié)構(gòu)構(gòu)造的傳遞過程強(qiáng)化研究.pdf

1、設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計是實現(xiàn)化工過程強(qiáng)化的有效手段之一，傳統(tǒng)的化工設(shè)備優(yōu)化設(shè)計依賴于設(shè)計者的經(jīng)驗，優(yōu)化的思路往往是針對現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)提出幾種可能的優(yōu)化方案，再根據(jù)實驗或者數(shù)值計算的方法對不同的方案進(jìn)行對比，從中選出最優(yōu)的結(jié)構(gòu)。而不同的設(shè)計者由于經(jīng)驗背景的差異會提出不同的優(yōu)化方案，因此這種傳統(tǒng)的設(shè)備優(yōu)化思路往往缺乏理論基礎(chǔ)，不具有普遍的可操作性。因此建立一種普適的化工設(shè)備優(yōu)化方法，是目前化學(xué)工程領(lǐng)域尚未完全解決的基礎(chǔ)性問題。
　　基于前人所做的

2、工作，本文提出基于特定流型結(jié)構(gòu)構(gòu)造的傳遞過程強(qiáng)化以及相關(guān)設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計思路。嘗試將變分法引入到傳遞過程的優(yōu)化中，針對特定的化工傳遞過程，使用變分法引入一個目標(biāo)函數(shù)，根據(jù)目標(biāo)函數(shù)所需滿足的約束條件，推導(dǎo)得到使目標(biāo)函數(shù)取極值的控制方程組，并利用計算流體力學(xué)（CFD）軟件求解控制方程組，可得到目標(biāo)函數(shù)取極值時的最優(yōu)流型結(jié)構(gòu)，根據(jù)此流型結(jié)構(gòu)，優(yōu)化傳遞過程設(shè)備。
　　基于流型結(jié)構(gòu)構(gòu)造方法，對混合過程進(jìn)行了優(yōu)化，以實現(xiàn)優(yōu)化混合設(shè)備、提高混合效

3、果的目的。本文以混合過程的熵產(chǎn)作為目標(biāo)函數(shù)，以流動過程需滿足的連續(xù)性方程、運(yùn)動方程、組分輸運(yùn)方程及定粘度耗散值作為約束條件，通過變分法構(gòu)造了控制方程組，數(shù)值求解得到熵產(chǎn)達(dá)到極值時的最優(yōu)流型結(jié)構(gòu)，模擬結(jié)果表明所構(gòu)造的流型結(jié)構(gòu)能夠有效強(qiáng)化混合過程。為了驗證該方法的實用性，以氨氣/空氣混合過程為例，研究了兩種尺度下的氨空混合器流場的優(yōu)化，利用該方法得到了能夠強(qiáng)化混合過程的特定流型結(jié)構(gòu)。最后利用所得到的流型結(jié)構(gòu)，并借助多孔介質(zhì)模型，設(shè)計出了具有

4、內(nèi)部結(jié)構(gòu)的混合裝置。
　　基于流型結(jié)構(gòu)構(gòu)造方法，對流體輸送過程進(jìn)行了優(yōu)化，以實現(xiàn)流動過程減阻的目的。該方法以管道總粘性耗散值作為目標(biāo)函數(shù)，以流動過程的速度場作為變量函數(shù)，以輸入的總功值等函數(shù)方程作為約束條件，通過變分法構(gòu)造拉格朗日乘子方程，求解此方程得出總功值一定的情況下粘性耗散值最小條件下的流場結(jié)構(gòu)。本文以具有代表性的直管道、L型管道和U型管道為例，數(shù)值模擬計算出在不同輸入的總功值條件下粘性耗散值最小的流場。結(jié)果表明，經(jīng)過優(yōu)化之