吕 超, 孙铭赫, 殷宏鑫, 刘 芳

(1. 东北大学秦皇岛分校 控制工程学院, 河北 秦皇岛 066004; 2. 东北石油大学 秦皇岛校区, 河北 秦皇岛 066004)

微纳球形氧化铈颗粒广泛应用于生物医学、能源、环境保护等方面[1-4].目前热解制备氧化铈的反应器多采用管式热解炉[5],存在热解反应效率低、氧化铈形貌不可控等缺点[6].因此,开发高效制备微纳球形氧化铈颗粒的新型热解反应器具有重要意义.

文丘里反应器结构简单,广泛应用于化工、冶金行业[7-8].García等[9]、Tsirlis等[10]、刘燕等[11]进行了文丘里雾化器喷雾特性的实验研究.魏明锐等[12]进行了燃油喷雾初始破碎及二次雾化机理研究.Khani等[13]、Musketeer等[14]、王秋良等[15]进行了文丘里洗涤器及吸肥器的相关结构优化研究.结果表明:文丘里反应器能够提高倒吸能力,加快液相流速,实现液滴的一次雾化及二次雾化,强化混合效果.基于这种结构优势,Lv等[16]研制了一种新型文丘里射流热解反应器,实现了气固均匀混合,提高了氯化铈热解反应效率,热解制备了微纳级球形氧化铈颗粒,但仍存在颗粒粒径不均等问题.

本文考察了文丘里反应器结构参数对气固混合效果及倒吸效果的影响规律,为文丘里反应器的设计及优化提供数据支撑.

1 模型建立

1.1 几何建模

图1a为文丘里热解反应器设计图,根据改变喉管长度、引流管长度、反应器扩张段与收缩段直径比建立9种文丘里反应器模型,探究热解过程中文丘里热解反应器几何结构对气固两相湍流场的影响.具体结构参数见表1.