论文题目: 微通道反应器的传递和反应特性
论文类型: 博士论文
论文专业: 化学工程
作者: 曹彬
导师: 袁权
关键词: 微化工,微流动,传热,梯形微通道,微换热器,非均一,微反应器
文献来源: 中国科学院研究生院（大连化学物理研究所）
发表年度: 2005
论文摘要: 本论文以微化工系统中的传递和反应特性为主要研究内容,对微细尺度通道内的流动和传热特性进行理论分析和数值模拟。导出了压力梯度、压力、Fanning摩擦因子沿流动方向分布的显式关系。分析结果表明,在低Re,小入口马赫数时,稀薄效应和气体可压缩性对流体流动的影响占主要地位,在高Re,大入口马赫数时,流体流动主要受气体可压缩效应的影响。中等Re、Main下,微通道内气体流动行为与常规尺度不可压缩流体层流流动理论相差较小。 梯形微通道内气体传热行为则受速度滑移和温度跳跃的相互影响所控制,当过程仅受速度滑移的影响时,气—固间对流换热随稀薄效应的增大而增强,而当壁面处温度跳跃对传热的影响占主导地位时,气—固间对流换热随稀薄效应的增大而减弱,且壁面存在较大的温度跳跃时,通道截面形状对通道的换热特性影响很小。 低热导率金属（如不锈钢）适宜作为微通道换热器的材质。微通道换热器存在一个最佳的操作流量值,可用该流量做为其标准负荷流量;换热器不宜在亚负荷状态下操作。操作流量越大,最大换热效率越低,而器壁厚度对最大换热效率影响较小。换热器结构采用大深宽比通道为佳。 流速的非均一分布使进行非负级反应的反应器行为有所恶化,但恶化幅度很小,对于负级数反应过程,在不同的操作区域内流速分布对过程转化率有着完全相反的影响。对于净化反应程,在进行零级和负级数反应时,流速的非均一分布能大大影响净化器的使用效率,须相应调整可行操作区域,使净化器出口浓度达到标准要求。 由于微尺度反应器具有小特征尺度,可使处于爆炸极限内的氢氧催化燃烧反应在高空速下、低压降下安全地进行。微通道反应器对强放热快速反应具有相当高的操作潜力,同时对该类反应的动力学测定亦具有重要的意义。
论文目录:
摘要
Abstract
序言
第一章 文献综述
1．1 引言
1．2 微细尺度流动和传递
1．2．1 微散热器
1．2．2 传递过程的微尺度效应
1．2．3 微通道内气体流动和传热
1．2．4 微通道内气体稀薄流动和滑移流动
1．3 微化工系统的研究
1．3．1 微热工系统
1．3．2 微反应系统
1．3．3 微分离系统
1．4 微化工系统加工技术
1．4．1 微精密机械及微细电火花加工
1．4．2 光刻和化学刻蚀技术
1．4．3 LIGA技术
参考文献
第二章 圆形微通道内气体等温流动
2．1 引言
2．2 模型
2．2．1 模型方程
2．2．2 模型参数及求解
2．3 低Re、小Ma_(in)下近似分析解
2．4 结果与讨论
2．4．1 微通道内气体等温流动特性
2．4．2 擦作参数对通道阻力特性的影响
2．5 本章小结
符号说明
参考文献
第三章 圆形微通道内气体传热和热流动
3．1 前言
3．2 模型
3．2．1 模型方程
3．2．2 控制方程无因次化
3．2．3 模型参数及求解
3．3 低Re、小Ma_(in)下近似分析解
3．4 结果和讨论
3．4．1 微通道内低Re、小Ma_(in)下传热行为
3．4．2 微通道内中等Re、小Ma_(in)下传热行为
3．4．3 微通道内高Re、大Ma_(in)下传热行为
3．5 本章小结
符号说明
参考文献
第四章 梯形微通道内气体充分发展流动和传热
4．1 引言
4．2 模型
4．2．1 控制方程
4．2．2 滑移边界条件
4．2．3 坐标变化
4．2．4 参量计算
4．2．5 计算方法及程序验证
4．3 结果和讨论
4．3．1 阻力特性分析
4．3．2 传热特性分析
4．4 本章小结
符号说明
参考文献
第五章 逆流式微通道换热器传热特性分析
5．1 引言
5．2 模型
5．2．1 模型几何结构
5．2．2 模型方程
5．2．3 模型参数及求解
5．3 结果和讨论
5．3．1 器壁导热系数对换热器行为的影响
5．3．2 器壁厚度对换热器行为的影响
5．3．3 通道深宽比对换热器行为的影响
5．3．4 通道宽度比对换热器行为的影响
5．4 本章小结
符号说明
参考文献
第六章 并行流动对反应整体行为的影响
6．1 引言
6．2 模型
6．3 数值实验结果
6．3．1 非均一流动对反应行为的影响
6．3．2 非均一流动对临界参数的影响
6．3．3 非均一流动对净化反应过程的影响
6．4 本章小结
符号说明
第七章 微通道反应器内氢气催化燃烧
7．1 引言
7．2 实验
7．2．1 实验装置
7．2．2 载体及催化剂
7．2．3 操作和分析条件
7．3 实验结果
7．3．1 操作条件对转化率的影响
7．3．2 反应器压降
7．3．3 反应器温度分布
7．4 反应器及动力学模型
7．4．1 建模假设
7．4．2 反应器模型
7．4．3 动力学模型
7．4．4 模拟计算结果
7．5 本章小结
符号说明
参考文献
第八章 总结
作者简介及发表论文
致谢
发布时间: 2005-10-15
参考文献
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