熱管生物反應(yīng)器的傳遞過(guò)程研究.pdf

1、本文利用高性能的傳熱元件熱管開(kāi)發(fā)出5L熱管生物反應(yīng)器(HPBR),采用粒子成像測(cè)速儀(PIV)對(duì)該反應(yīng)器內(nèi)的流場(chǎng)進(jìn)行了測(cè)定.以計(jì)算流體力學(xué)(CFD)為基礎(chǔ)結(jié)合反應(yīng)器內(nèi)流場(chǎng)、溫度場(chǎng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),擬合了該反應(yīng)器中動(dòng)量、熱量傳遞數(shù)學(xué)模型,為熱管生物反應(yīng)器的分析、開(kāi)發(fā)及工業(yè)放大設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)模型.建立了HPBR流體及熱管壁的溫度場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng),有效地測(cè)定、研究了在不同操作條件下HPBR內(nèi)牛頓流體、非牛頓流體完整的溫度場(chǎng).在本實(shí)驗(yàn)湍流狀態(tài)下,當(dāng)反應(yīng)熱小于

2、40kW/m<'3>時(shí),水、2﹪羧甲基纖維素(CMC)、水-空氣、2﹪CMC-空氣的流體平均溫差僅0.14℃,最大溫差為0.6℃;熱管壁在所有工況下始終保持保持良好的等溫性,其最大溫差僅為0.3℃.在所有實(shí)驗(yàn)條件下,對(duì)于H<,2>O體系,在反應(yīng)熱小于9.6kW/m<'3>時(shí),采用冷凝端為空氣自然冷卻的三根熱管完全能使體系穩(wěn)定在30℃以上反應(yīng)溫度的條件;當(dāng)反應(yīng)熱高達(dá)40kW/m<'3>時(shí),采用冷凝端為水冷卻的三根熱管完全能使體系穩(wěn)定在30

3、℃以上反應(yīng)溫度的條件.在湍流實(shí)驗(yàn)條件下,對(duì)于2﹪CMC體系,在反應(yīng)熱小于8.7kW/m<'3>時(shí),采用冷凝端為空氣自然冷卻的三根熱管完全能使體系穩(wěn)定在30℃以上反應(yīng)溫度的條件;當(dāng)反應(yīng)熱高至40kW/m<'3>時(shí),采用冷凝端為水冷卻的三根熱管完全能使體系穩(wěn)定在30℃以上反應(yīng)溫度的條件.采用CFD的成熟商業(yè)軟件(CFX)由流場(chǎng)、溫度場(chǎng)測(cè)定數(shù)據(jù)擬合、檢驗(yàn)了HPBR內(nèi)動(dòng)量、熱量傳遞模型.模擬計(jì)算了H<,2>O、H<,2>O-Air體系在各種操作