新型循环射流反应器内液液混合瞬态波动特性与强化机理研究

循环射流可以有效改善传统釜式反应器内的流动状况，在化工过程强化领域表现出卓越的性能，对其开展流体力学特性和强化混合机理的研究将为其混合强化技术的进一步推广提供理论支持。为了揭示循环射流反应器内非线性瞬态动力学特性、能耗特性以及强化机理，本项目综合考虑液液混合过程中的速度时间序列、压力波动和浓度响应之间的多尺度耦合关系。首先，利用TR-PIV测量瞬态速度分析反应器内漩涡结构、流型转化规律；结合循环射流反应器内液-液多相流场的计算流体力学模型优化液体提升管结构参数，研究不同液相混合介质下分散相的分布特性及流型特点。其次，基于瞬态压力波动和浓度响应同步测量试验，研究反应器内瞬态动力学结构在时间尺度上的递归、突变与混合过程的耦合关系。最后，建立基于操作条件、混合介质物理属性、循环射流结构等多因素复杂耦合的强化效果定量预测模型，为新型混合设备的开发提供实验依据和理论基础。

循环射流混合槽作为一种新型混合单元操作设备，有效地解决传统PVC底部机械搅拌装置的密封泄漏以及高能耗难题，被广泛应用在精细化工、聚合过程、制药工业、生物化工等过程强化领域。本项目利用三维PIV和Dewe-3021对循环射流混合槽内多股射流瞬态流动特性进行实验测量，利用样本熵等非线性参数分析和评价瞬态流场结构和流型演化。结合实验数据，利用计算流体力学方法建立了循环射流混合槽液液流动模型，模拟不同降液管结构及其尺寸下循环射流混合槽内流场结构，分别从射流中心线速度衰减、射流扩展率及混合槽内能耗分布三个方面分析不同降液管结构对流场的调控机制。在结构优化基础上，对新型循环射流混合槽内瞬态静压、动压、浓度响应时间序列进行研究，挖掘了混合槽内瞬态动力学结构在时间尺度上的递归、突变与混合强化机制的耦合关系。