有机废水管式电反应器的流动和传质数值模拟

论文摘要

管式电反应器是电化学处理有机废水的一种重要反应器,管内流场及传质研究是阐明此反应器宏观反应动力学和反应器设计的关键。计算流体力学（CFD）结合了数值模拟技术与流体力学等学科,是一种有效研究流体流动和反应的方法。本文采用FLUENT软件,对管式电反应器处理有机废水的流动和传质进行了数值模拟,考察速度标量场和矢量场的流体速度分布细节,观察到了漩涡和回流的生成,反应区内液相主体速度分布均匀,速度梯度主要集中在阳极表面;从湍流密度角度,分析了反应器湍流密度详图,认为反应器液相主体内的混合是充分的,传质阻力主要集中在阳极表面。模拟得到反应器的停留时间数据,并进行了评估,停留时间的结果说明,实际停留时间为9.47s,小于14.75s的理论停留时间。对反应器内传质的细节进行了模拟和分析,建立了传质模型,根据相应的工况确定了传质模拟的条件。成功的得到了总体传质准数关系Sh=0.127Re0.67Sc1/3;局部传质能力沿轴向变化的情况是首端最高,逐渐下降至稳定,到末端传质能力部分上升;首次构建了后处理变量-极限电流密度,模拟显示阳极表面的极限电流密度分布极度不均。对反应器的进口设计进行优化后,以之前的工作为基础,对新的结构的反应器进行了模拟和比较,优化后的反应器的传质能力明显增高,传质施伍德数从202-431上升到1228-3143。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 电化学技术原理
• 1.3 管式电催化氧化反应器研究进展
• 1.3.1 管式电反应器的结构和特点
• 1.3.2 管式电化学反应器的研究现状
• 1.3.3 管式电反应器的宏观动力学反应模型研究
• 1.4 CFD 技术在反应器优化设计中的应用
• 1.5 本文的研究意义及内容
• 第二章 数值模拟的计算模型选取
• 2.1 CFD 模拟
• 2.1.1 控制方程
• 2.1.2 湍流模型
• 2.1.3 网格划分
• 2.1.4 数值计算方法
• 2.2 FLUENT 软件
• 2.3 本章小结
• 第三章 反应器中流场的数值模拟
• 3.1 实验装置数值模型的建立
• 3.2 初始和边界条件
• 3.3 模拟结果与分析
• 3.3.1 速度场
• 3.3.2 湍流密度分布
• 3.3.3 停留时间
• 3.3 本章小结
• 第四章 反应器传质的数值模拟
• 4.1 传质模型的构建
• 4.2 传质模拟
• 4.2.1 传质模拟条件
• 4.2.2 总体传质系数
• 4.2.3 局部传质系数沿轴向的分布
• 4.2.4 电流密度分布
• 4.3 不同进口设计的反应器的比较
• 4.3.1 径向进口设计
• 4.3.2 切向进口设计
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论和展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录