鹽析流動理論及管內綠液流動的PDPA實驗研究.pdf

1、鹽析現象普遍存在于相關工業(yè)生產部門鹽類溶液的輸運過程中,這種現象造成能源與資源的極大浪費。在當前世界能源、資源日益緊張的情況下,鹽析現象已經成為學術界和工程界普遍關心的重大課題。在兩項國家自然科學基金項目的資助下,本文選擇綠液這一具有典型鹽析特性的鹽溶液作為研究對象,圍繞鹽析流動理論和綠液鹽析機理、湍流流動特性,以及二者間的相互關系進行了系統(tǒng)和深入的研究工作。
　　 在廣泛閱讀國內外有關文獻的基礎上,本文討論了兩相流動的理論、數

2、值計算方法及PDPA的發(fā)展與應用,并分析了鹽析流動理論沒有得到深入研究的因為及該理論研究的發(fā)展趨勢；全面闡述了鹽析流動研究的基本理論基礎；針對綠液輸運過程中的鹽析現象,進行了大量的基礎性實驗研究,根據實驗研究所獲得的結果、結論,提出了綠液鹽析的物理模型；依據該模型,較完整地建立了鹽析湍流流動方程組,以此作為控制方程對綠液輸運湍流場進行了數值計算,并與PDPA測量結果進行比較；探討與分析了與鹽析過程有關的參數諸如速度、粒徑、數密度等的PD

3、PA測量原理與方法；對管內綠液流動進行了較全面、完整的PDPA實驗研究；對矩形管內不同運行條件下的鹽析機理、湍流流動特性、鹽析速率進行了分析探討；并對圓管內綠液流動特性進行了研究。
　　 本文的主要成果如下:
　　 1.根據實際情況,認為非均相成核機制是鹽析過程的主導機制:提出鹽析過程的實質就是強制對流條件下伴有化學反應的液.固兩相(或多相)間的質量、動量、能量傳遞過程,對鹽析晶體生長的研究應考慮輸運過程的約束作用,在兩

4、相或多相流動的范圍內研究鹽析過程。
　　 2.根據現場實際觀測的結果,提出了綠液鹽析呈線性生長的方式；綜合運用各種實驗儀器和實驗手段所獲得的結論,初步揭示了鹽析的機理,同時也為建立相應的物理數學模型提供實際和理論依據。
　　 3.建立了符合綠液鹽析過程的物理模型,根據該模型,在數學和力學具體處理上,提出將亞微晶核及由亞微晶核成長起來的鹽析晶體顆粒作為顆粒相,糊狀區(qū)域作為固相,過飽和溶液作為液相,由此建立了相應的三相流動控

5、制體。
　　 4.在此基礎上建立了包括三個質量方程、兩個動量方程和一個統(tǒng)一的能量方程在內共六個方程組成的液相、固相、顆粒相三相鹽析湍流流動控制方程組。
　　 5.較系統(tǒng)地開展了綠液鹽析中液相、顆粒相湍流流動的PDPA測量工作,所設計的實驗方案可為進行其它鹽類溶液的湍流流動測試研究提供參考。
　　 6.對矩形管內測試結果進行了細致分析,分析與闡述了在同一主流速度、同一濃度,不同溫度時,湍流狀態(tài)下鹽析過程的內在輸運機

6、理、湍流流動結構及其二者的相互關系:提出鹽析過程與湍流流動結構的變化互相影響、互為條件、相輔相成。
　　 7.通過對同一主流速度、同一溫度,不同濃度下矩形管內綠液流動特性的研究,獲得以下結論:(1)鹽析速率對過飽和濃度這一鹽析的最直接的驅動力非常敏感；(2)鹽析晶體顆粒的生長過程不僅僅受到流體動力學參數的制約,還受到諸如晶體生長驅動力、表面活化能、成核功及臨界半徑等晶體生長動力學參數的影響,因此在不同狀態(tài)下可表現出不同的生長速率

7、；(3)沿垂線方向成核速率的差異會導致一系列的結果,包括湍流脈動強度分布的不均勻性；(4)隨溶質濃度的變化,增阻效應、碰撞凝并機制、粒度分布不均勻性等共同作用的結果使得主流區(qū)域與接近邊壁處的平均速度分布呈現不同的變化趨勢。
　　 8.對矩形管內同一主流溫度、溶質濃度,不同平均速度下的鹽析速率進行了探討,提出平均速度降低相應的湍流脈動強度也減弱,并會導致鹽析晶體的生長變緩；但速度降低到某一臨界值后,鹽析晶體顆粒的生長速度又會加快,